《電子技術(shù)應(yīng)用》
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鐵電存儲(chǔ)器的主要技術(shù)特點(diǎn)
摘要: 電能表經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)多的演進(jìn):由機(jī)械式電表到今日的各種不同型式的電子電能表,,包含新的預(yù)付費(fèi)電能表復(fù)費(fèi)率電能表以及具有雙向通訊能力的電子式電能表等,其提供的擴(kuò)展功能包括:自動(dòng)讀表(AMR),、線上查詢,、遠(yuǎn)程連接/斷開,,以及復(fù)雜的計(jì)費(fèi)結(jié)構(gòu)等等。這些電能表還可讓使用者對其耗電量有更好的控制,,以便節(jié)省電費(fèi)及更有效地分配用電量,。
Abstract:
Key words :

      電能表經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)多的演進(jìn):由機(jī)械式電表到今日的各種不同型式的電子電能表,包含新的預(yù)付費(fèi)電能表 復(fù)費(fèi)率電能表以及具有雙向通訊能力的電子式電能表等,,其提供的擴(kuò)展功能包括:自動(dòng)讀表(AMR),、線上查詢、遠(yuǎn)程連接/斷開,,以及復(fù)雜的計(jì)費(fèi)結(jié)構(gòu)等等,。這些電能表還可讓使用者對其耗電量有更好的控制,以便節(jié)省電費(fèi)及更有效地分配用電量,。

  如圖1所示,,電子電能表的基本架構(gòu)包括下列各主要功能模塊:電壓電流取樣電路;16位以上分辨率的ADC,;計(jì)量與控制單元,;通信接口;操作界面,;顯示器,;存儲(chǔ)器。本文將以存儲(chǔ)器為重點(diǎn)說明為何電子式電能表需要使用鐵電存儲(chǔ)器(F-RAM),。

  鐵電存儲(chǔ)器的技術(shù)特點(diǎn)

  首先要說明的是鐵電存儲(chǔ)器和浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的技術(shù)差異?,F(xiàn)有閃存和EEPROM都是采用浮動(dòng)?xùn)偶夹g(shù),浮動(dòng)?xùn)?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/存儲(chǔ)單元" title="存儲(chǔ)單元" target="_blank">存儲(chǔ)單元包含一個(gè)電隔離門,,浮動(dòng)?xùn)盼挥跇?biāo)準(zhǔn)控制柵的下面及通道層的上面,。浮動(dòng)?xùn)攀怯梢粋€(gè)導(dǎo)電材料,通常是多芯片硅層形成的 (如圖2所示),。浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的信息存儲(chǔ)是通過保存浮動(dòng)?xùn)艃?nèi)的電荷而完成的,。利用改變浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的電壓就能達(dá)到電荷添加或擦除的動(dòng)作,從而確定存儲(chǔ)單元是在 ”1”或“0” 的狀態(tài),。但是浮動(dòng)?xùn)偶夹g(shù)需使用電荷泵來產(chǎn)生高電壓,,迫使電流通過柵氧化層而達(dá)到擦除的功能,因此需要5-10ms的擦寫延遲,。高寫入功率和長期的寫操作會(huì)破壞浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元,,從而造成有限的擦寫存儲(chǔ)次數(shù)(例如:閃存約十萬次,而EEPROM則約1百萬次)。

  鐵電存儲(chǔ)器是一種特殊工藝的非易失性的存儲(chǔ)器,,是采用人工合成的鉛鋯鈦(PZT) 材料形成存儲(chǔ)器結(jié)晶體,,如圖3所示。當(dāng)一個(gè)電場被施加到鐵晶體管時(shí),,中心原子順著電場停在低能量狀態(tài)I位置,,反之,當(dāng)電場反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管時(shí),,中心原子順著電場的方向在晶體里移動(dòng)并停在另一低能量狀態(tài)II,。大量中心原子在晶體單胞中移動(dòng)耦合形成鐵電疇,鐵電疇在電場作用下形成極化電荷,。鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較高,,鐵電疇在電場下無反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較低,這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀態(tài)使得鐵電可以作為存儲(chǔ)器,。

圖1,、電子電能表的基本電路方塊圖。


圖2,、浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元


圖3,、鐵電存儲(chǔ)器結(jié)晶單元。

  特別是當(dāng)移去電場后,,中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動(dòng),,存儲(chǔ)器的狀態(tài)也得以保存不會(huì)消失,因此可利用鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)形成高極化電荷,,或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲(chǔ)單元是在 ”1”或 “0” 狀態(tài),。鐵電疇的反轉(zhuǎn)不需要高電場,僅用一般的工作電壓就可以改變存儲(chǔ)單元是在 ”1”或 “0” 的狀態(tài),;也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓數(shù)據(jù)擦除,,因而沒有擦寫延遲的現(xiàn)象。這種特性使鐵電存儲(chǔ)器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數(shù)據(jù),,寫入速度快且具有無限次寫入壽命,,不容易寫壞。所以,,與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性內(nèi)存技術(shù)比較,,鐵電存儲(chǔ)器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。

 

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