铁电存储器在新一代电子电能表中的应用【凯发k8官网下载】

自从1889年匈牙利工程师OttoBlathy发明者全世界第一个电能表（瓦特瓦时表格）原型之后，电能表经过一个世纪多的演变：由机械式电表到今日的各种有所不同型式的电子电能表，包括新的预付费电能表（pre-paid）始费率电能表以及具备双向通讯能力的电子式电能表等，其获取的拓展功能还包括：自动读表（AMR）、线上查找、远程相连/插入，以及简单的计费结构等等。这些电能表还可让使用者对其耗电量有更佳的掌控，以便节省电费及更加有效地分配用电量。　　如图1右图，电子电能表的基本架构还包括下列各主要功能模块：电压电流采样电路；16位以上分辨率的ADC；计量与掌控单元；通信接口；操作界面；显示器；存储器。

本文将以存储器为重点解释为何电子式电能表必须用于铁电存储器（F-RAM）。　　　　图1、电子电能表的基本电路方块图　　铁电存储器的技术特点　　首先要解释的是铁电存储器和浮动栅存储器的技术差异。现有存储器和EEPROM都是使用浮动栅技术，浮动栅存储单元包括一个电隔绝门，浮动栅坐落于标准掌控栅的下面及地下通道层的上面。

浮动栅是由一个导电材料，一般来说是多芯片硅层构成的（如图2右图）。浮动栅存储单元的信息存储是通过留存浮动栅内的电荷而已完成的。利用转变浮动栅存储单元的电压就能超过电荷加到或读取的动作，从而确认存储单元是在”1”或“0”的状态。

但是浮动栅技术须要用于电荷泵来产生低电压，被迫电流通过栅水解层而超过读取的功能，因此必须5-10ms的擦写延后。低载入功率和长年的写出操作者不会毁坏浮动栅存储单元，从而导致受限的擦写存储次数（例如：存储器大约十万次，而EEPROM则大约1百万次）。

　　　　图2、浮动栅存储单元　　铁电存储器是一种类似工艺的非易失性的存储器，是使用人工合成的铅锆钛（PZT）材料构成存储器结晶体，如图3右图。当一个电场被产生到铁晶体管时，中心原子顺着电场停车在较低能量状态I方位，反之，当电场翻转被产生到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一较低能量状态II。

大量中心原子在晶体单胞中移动耦合构成铁电畴，铁电畴在电场起到下构成极化电荷。铁电畴在电场下翻转所构成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无翻转所构成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。

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