自从1889年匈牙利工程师 Otto Blathy 发明全世界第一个 电能表 (瓦特瓦时表)原型之后，电能表经过一个世纪多的演进由机械式电表到今日的各种不同型式的电子式电能表包含新的预付费电能表(pre-paid) 复费率电能表以及具有种双向通讯能力的电子式电能表等，其提供的强化功能包括：自动读表(AMR)、在线查询、远端连接/断开，以及复杂的计费结构等等。这些电能表还可让使用者对其耗电量有更好的控制，以便节省电费及更有效地分配用电量。
电子式电能表的基本架构如图一所示包括下列各主要方块电路：
1.电压电流取样电路
2.16位以上解析的 纇比-数位转换器
3.计量与控制单元
4.通讯界面
5.操作界面
6.显示器
7.存储器
本文将以存储器为重点 说明为何电子式电能表需要使用F-RAM存储器。
图一、电子式电能表的基本电路方块图
首先要说明的是铁电存储器(F-RAM)和浮闸存储器的技术差异。现有快闪存储器和电子抹除式唯读存储器(EEPROM)的技术都是采用浮动闸(floating gate)技术。浮动闸存储单元包含一个电隔离闸，浮动闸位于标准控制闸的下面及通道层的上面。浮动闸是由一个导电材料，通常是多晶硅层形成的如图二所示。浮动闸存储单元的信息存储是借由保存浮动闸内的电荷而完成。利用改变浮动闸存储单元的电压就能达到电荷添加或擦除的动作，从而确定存储单元是在 ”1”或“ o”的状态。但是浮动闸技术需使用电荷泵来产生高电压，迫使电流通过闸氧化层而达到擦除的功能，因此需要5-10ms的擦写延迟。高写入功率和长期的写操作会破坏浮动闸存储单元从而造成有限的擦写存储次数，（例如：快闪存储器Flash 约十万次，电子抹除式唯读存储器EEPROM约1佰万次)。
图二、浮动闸存储单元
铁电(FRAM)存储器是一种特殊工艺的非辉发性的存储器，是采用人工合成的锆钛酸铅(PZT)材料形成存储器结晶体如图三所示。当一个电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在低能量状态I位置，反之，当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一低能量状态II。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴。铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷高。铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷低。这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以做为存储器。特别是当移去电场后，中心原子处于低能量状态保持不动，存储器的状态也得以保存不会消失。因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷或无反转形成低极化电荷以判别存储单元是在 ”1”或“ o”的状态。铁电畴的反转不需要高电场。仅用一般的工作电压就可以改变存储单元是在 ”1”或“ o”的状态，不需要电荷泵来产生高电压数据擦除，因而没有擦写延迟的现象。这个特性使铁电存储器在掉电后数据能够继续保存，写入速度快而且无限次写入寿命不容易写坏。所以，铁电(FRAM)存储器与快闪存储器和电子抹除式唯读存储器(EEPROM)等较早期的非挥发性存储器技术比较，铁电(FRAM)存储器具有更高的写入速度和更长的读写寿命。
图三、铁电存储器结晶单元
现在以0.2级三相电能表为范例来说明何电子式电能表需要使用F-RAM存储器。
首先要说明电能表0.2级的定义，所谓0.2级是指测量精度每仟瓦小时(KWH)需小于0.2%的误差，相对来说如果是0.5级则是指指测量精度 每仟瓦小时(KWH)需小于0.5%的误差。
其次说明国家电网对0.2级三相电能表的用电数据存储的规范如下列范例所摘录的，其存储内容分为”用电数据及事件记录”两部份;
1.用电数据存储:
数据保存: 存储器需保存包括12个月的总电能和各费率的电能数据, 包括有、无功功率；有功、无功总电能；四象限无功总电能以及正反向有、无功总电能、组合有功、组合无功1、组合无功2、等等共16个项目，每一项目需4字节(byte)，12个月共( 4 byte x 16项 x 12 月= 768) 字节)。
负荷记录存储: 存储器空间应保证在记录正反向有、无功总电能、组合有功、组合无功1、组合无功2、等等共6个项目，每一项目需4字节(bytes)，时间间隔为1分钟的情况下、可记录不少于30 天的数据容量，最长时间间隔为1分钟， 以60分钟间隔来计算其数据量为 ( 4 byte x 6项 x 24hr x30 day = 17,280 字节)。
2.事件记录存储: 内容则包括最近10 次编程时间、需量清零时间、校时事件、A、B、C 相失压起始及恢复时间、A、B、C 相断相起始及恢复时间、电流不平衡起始及恢复时间和事件期间的各项电能增量 共6大项目 801字节(bytes)。
上述数据量相加起来最低存储器需求不包含负荷记录就有1,569 字节 (12.51仟位元)，若加上第三点的负荷记录存储缓冲，其数据量则高达18,849 字节 (150.79仟位元)。以存储速度来来作比较; I2C的EEPROM 写1,569 字节需要 0.91秒，写18,849 字节需花费11.07秒，但是I2C的铁电(FRAM)存储器，写1,569 字节仅需要 45毫秒，写18,849 字节仅需花费0.55秒，事实上当Vdd在0.01秒的时间下降0.23V(使用1000μf 130ohm内阻的电容)的放电率条件下铁电存储器能写50,000次 而EEPROM仅能写一次。因为浮动闸存储器的擦写延迟在大量的数据存储时有可能导致数据丢失所以浮动闸存储器并不适用高容量的电能表。
根据统计中国的一般民生用电约每户每月200度左右，而工业用电每户每月约高达2万度左右，以每0.01度存储一次用电数据来计算，则存储器每月的擦写次数会高达200万次，加上电能表的使用寿命为5-7年(各省分不同)，因此浮闸存储器的擦写寿命根本不敷使用，因为浮闸存储器的擦写延迟因素更不可能采用大容量浮闸存储器来做移位储存。
从数据保存的本质安全角度及写入时间来看，浮动闸存储器并不适用于三相电能表，因为浮动闸存储器的擦写延迟在如此大量的数据存储时有可能导致数据丢失，例如，用电量大或者遇到瞬间停电时会有来不及写入，导致数据丢失的可能性。当然工程师们可以利用SRAM来做为数据缓冲暂时存储用电数据，但是如此一来则需要备份电池供电给SRAM以防止断电时数据丢失，同时还会增加电能表本身的功耗与成本。所以铁电(FRAM)存储器的非辉发性、无延迟快速写入、无限的读写寿命和超低的写入功耗成为电能表的最佳存储器选择。
范例:
中国国家电网对0.2级三相电能表的用电数据存储内容要求
数据存储内容:
1.至少能存储前12个月或前12个（结算）抄表周期的总电能和各费率的电能数据, (负荷记录: 有功、无功的电压、电流、频率；有、无功功率；功率因数；有功、无功总电能；四象限无功总电能。
( 4 byte x 16 x 12 month= 768 bytes) 。
2.负荷记录间隔时间可以在1～60 分钟任意设置。
3.负荷记录存储空间应保证在记录正反向有、无功总电能、组合有功、组合无功1、组合无功2，时间间隔为1min 的情况下可记录不少于30 天的数据容量 (这个数据通常会搬移至快闪存储器)。
在1分钟间隔时: ( 4 byte x 6 x 60min. x24hr x30 day = 1,036,800 bytes),
在60分钟间隔时: ( 4 byte x 6 x 24hr x30 day = 17,280 bytes)
事件记录存储内容:
4.最近10 次编程时间及编程对应的数据标识。
(年, 月, 日, 时, 分, 秒 = 6 byte x 10次+ 40 byte数据= 100 bytes)
5.最近10 次的需量清零时间及清零前的最大需量值。
(年, 月, 日, 时, 分, 秒= 6 byte x 10次+ 40 byte数据= 100 bytes)
6.最近10 次校时事件，校时前后时间。
(年, 月, 日, 时, 分, 秒= 6 byte x 20次(前+后) + 1 byte events= 121 bytes)
7.最近10 次A、B、C 相失压起始、恢复时间及期间的电能增量。
(年, 月, 日, 时, 分, 秒= 6 byte x 20 + 40 byte increase= 160 bytes)
8.最近10 次A、B、C 相断相起始、恢复时间及期间的电能增量
(年, 月, 日, 时, 分, 秒= 6 byte x 20 + 40 byte increase= 160 bytes)
9.最近10 次电流不平衡起始、恢复时间及期间的电能增量
(年, 月, 日, 时, 分, 秒= 6 byte x 20 + 40 byte increase= 160 bytes)
总存储数据在条件 (1+4+5+6+7+8+9)= 1,569 bytes (12.51Kb)
总存储数据在条件 (1+3+4+5+6+7+8+9)= 18,849 bytes (150.79Kb)
铁电存储器能兼容RAM的一切功能，并且和ROM的技术一样，是一种非易失性的存储器，适合用于电能表或先进的计量产品，因为这些产品需要较以往更高的资料收集速率及寿命，由于FRAM存储器具有高速的写入速度和无限的读写寿命，加上其非易失性及低功耗的特点，所以电子式电能表需要使用F-RAM存储器来做为数据存储。
