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“PG电子”铁电存储器在新一代电子电能表中的应用

企业团队 / 2021-08-03 00:25

本文摘要: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。

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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)。

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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。

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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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