在RFID中嵌入FRAM，打破傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽的一系列限制

　　開車的朋友可能會(huì)有這樣的經(jīng)歷，當(dāng)您經(jīng)過高速公里收費(fèi)站時(shí)，您的交通收費(fèi)卡在進(jìn)站和出站時(shí)偶爾會(huì)無法讀取，原因是您的交通卡使用的頻率比較高，超過了它的讀寫次數(shù)。目前，這些交通卡大部分是采用內(nèi)嵌EEPROM的RFID制作的，而如果將智能交通卡中的EEPROM換成FRAM，問題就迎刃而解了。

　　“采用FRAM 的RFID的讀寫次數(shù)可以達(dá)到1012，而采用EEPROM 的RFID的讀寫次數(shù)最多只有一百萬次，這就是為何高速收費(fèi)處偶爾會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀不出的問題。”富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場(chǎng)部高級(jí)經(jīng)理蔡振宇指出：“在RFID中嵌入FRAM，能夠打破傳統(tǒng)采用EEPROM的RFID標(biāo)簽的一系列性能限制，解決很多應(yīng)用難題。”

　　在RFID中嵌入FRAM，實(shí)現(xiàn)突破性優(yōu)勢(shì)

　　富士通半導(dǎo)體內(nèi)嵌FRAM的RFID產(chǎn)品相比其單體FRAM產(chǎn)品是比較新的，而市場(chǎng)上常用的RFID產(chǎn)品嵌入的是EEPROM。與內(nèi)嵌EEPROM的RFID產(chǎn)品相比，內(nèi)嵌FRAM的RFID不只讀寫速度快很多，并且其抗輻射性比EEPROM高出不止一個(gè)數(shù)量級(jí)。下圖1所示為FRAM RFID 和EEPROM RFID的性能對(duì)比。

　　圖1. FRAM RFID vs EEPROM RFID。

　　FRAM是一種非易失性存儲(chǔ)器，使用鐵電材料作為數(shù)據(jù)載體，結(jié)合了隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)的優(yōu)勢(shì)。作為用在RFID中的非易失性存儲(chǔ)器， EEPROM已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入時(shí)，EEPROM需要內(nèi)部升壓電壓，因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)的原則就是要看是否帶有電子電荷，所以它的寫入速度較慢慢(需要數(shù)毫秒)，耐擦寫次數(shù)也僅限于10萬次左右。因此，大部分基于EEPROM的RFID都是小存儲(chǔ)容量產(chǎn)品，只適合讀，不適合寫。

　　比較而言，F(xiàn)RAM RFID數(shù)據(jù)寫入時(shí)間非?？?。例如，以寫入數(shù)據(jù)為例，采用EEPROM的RFID需要有6msec的時(shí)間來等待回應(yīng)，而采用FRAM的RFID僅需要100usec。并且，F(xiàn)RAM在寫和讀方面的性能一樣好，因?yàn)槎叩脑瓌t一樣。

　　FRAM的另一個(gè)主要特點(diǎn)，就是在防輻射方面明顯優(yōu)于EEPROM。例如，在醫(yī)療設(shè)備和包裝、食品或者亞麻布的伽瑪射線滅菌過程中，存在于 EEPROM中的數(shù)據(jù)會(huì)受到放射線的嚴(yán)重影響，因?yàn)樗臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)采用的是電子電荷。而存在于FRAM中的數(shù)據(jù)在高放射水平下仍然不會(huì)受到影響。

　　在FRAM RFID中加入SPI串行接口，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域

　　到目前為止，富士通半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)出了適合各類應(yīng)用的FRAM RFID產(chǎn)品，覆蓋了HF(高頻：13.56MHz)和UHF(超高頻：860至960MHz)。如下圖2所示為富士通半導(dǎo)體FRAM RFID產(chǎn)品線。這些FRAM RFID可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域。

　　圖2. 富士通半導(dǎo)體FRAM RFID產(chǎn)品線。

　　“和目前常用的EEPROM RFID相比，F(xiàn)RAM RFID的容量會(huì)更大。市面上比較多的RFID產(chǎn)品都是128b或是512b，而客戶有往里面存儲(chǔ)更多信息的需求。”蔡振宇表示：“目前我們的FRAM RFID的容量最大可以做到64KB。此外，富士通半導(dǎo)體還推出了帶有SPI串行接口的FRAM RFID產(chǎn)品，這將為FRAM RFID增添新的附加價(jià)值。”

　　RFID起初被用作可由RFID閱讀器讀取的ID存儲(chǔ)。富士通半導(dǎo)體將FRAM用在了RFID上，由于FRAM擦寫速度快、耐擦寫次數(shù)高而實(shí)現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)載體標(biāo)簽。如今，內(nèi)置的串行接口可將傳感器與RFID連接在一起，從而豐富了RFID應(yīng)用。

　　大存儲(chǔ)數(shù)據(jù)載體的優(yōu)勢(shì)就是RFID可以記錄可追溯數(shù)據(jù)，如制造數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等，因此它可用于各種資產(chǎn)、產(chǎn)品和零部件的管理。基于這些市場(chǎng)需求，富士通半導(dǎo)體開發(fā)出了帶有SPI接口的FRAM RFID產(chǎn)品。

　　這種配置的主要特點(diǎn)就是，對(duì)于同一個(gè)FRAM存儲(chǔ)區(qū)來說，既可以從串行接口進(jìn)入，也可以從RF接口進(jìn)入。除了傳感應(yīng)用外，內(nèi)置串行接口的RFID在理論上可以與受MCU控制的各種應(yīng)用相連接。

　　FRAM RFID創(chuàng)新應(yīng)用案例

　　FRAM為RFID注入了新的活力，尤其是在傳統(tǒng)EEPROM RFID不能滿足應(yīng)用需求的領(lǐng)域，例如工廠自動(dòng)化和維護(hù)、醫(yī)療、航天等領(lǐng)域中，F(xiàn)RAM RFID能夠突破一切性能限制，實(shí)現(xiàn)EEPROM RFID所不能實(shí)現(xiàn)的功能。

　　在工廠自動(dòng)化和維護(hù)的應(yīng)用中，在制造組裝生產(chǎn)線上的歷史數(shù)據(jù)、手冊(cè)、零件信息等都可以被寫進(jìn)FRAM RFID標(biāo)簽，從而縮短了讀取時(shí)間，使生產(chǎn)線構(gòu)成更加高效性。如下圖3所示為富士通半導(dǎo)體的FRAM RFID標(biāo)簽用于工廠自動(dòng)化和維護(hù)中的一個(gè)實(shí)例。將零件的維護(hù)信息和操作歷史數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽內(nèi)，可以飛躍性地提高飛機(jī)、基礎(chǔ)設(shè)施、土木等維護(hù)操作的工作效率。

　　圖3. FRAM RFID應(yīng)用于工廠自動(dòng)化和維護(hù)。

　　“如果要把生產(chǎn)線、流水線變快，那么RFID讀取速度也要變快。富士通半導(dǎo)體的118C就已成功地運(yùn)用在這樣的領(lǐng)域。” 蔡振宇表示。例如下圖4所示的汽車生產(chǎn)線，其每年的生產(chǎn)量之所以都會(huì)提升，是因?yàn)樵谡麄€(gè)汽車生產(chǎn)過程中使用了FRAM RFID。

　　圖4. 在汽車生產(chǎn)線上采用FRAM RFID標(biāo)簽，提高生產(chǎn)效率。

　　而對(duì)于醫(yī)療和制藥領(lǐng)域，最重要的是FRAM技術(shù)可以抵抗輻射。美國和歐洲的國家會(huì)有很多接觸到醫(yī)療器械的地方，需要經(jīng)過伽瑪放射性消毒，F(xiàn)RAM對(duì)輻射有很強(qiáng)的耐受性。基于FRAM的RFID可輕松通過標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程中信息會(huì)被破壞。

　　“從目前的情況來看，以前是美國和歐洲在這方面的應(yīng)用需求比較多，如今我們慢慢地看到，中國的醫(yī)院和中國客戶也提出此類需求。目前市場(chǎng)上只有我們的FRAM的RFID能夠滿足這些需求。”蔡振宇表示。

　　FRAM RFID非常適合用于諸如手術(shù)臺(tái)的追溯、藥劑盒子、類似于穿刺、血透的管子等應(yīng)用中。如下圖5所示為FRAM RFID標(biāo)簽應(yīng)用于血透管子的一個(gè)例子，可以耐受一定的伽瑪射線。而下圖6是FRAM RFID用作醫(yī)藥標(biāo)簽的實(shí)例。

　　圖5. FRAM RFID用作Gamma Tag。

　　圖6. FRAM RFID用作醫(yī)藥標(biāo)簽

　　此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地，如果您要追溯運(yùn)輸途中每一個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度的變化，如何保證整個(gè)運(yùn)輸途中都能在這個(gè)溫度以下?就需要在整個(gè)車箱里加裝一個(gè)RFID的模塊，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時(shí)運(yùn)輸范圍內(nèi)有沒有超過溫度系數(shù)、溫度范圍，擁有SPI接口的RFID可以實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用。

　　蔡振宇最后指出：“為了更好的在技術(shù)上支持廣大工程師的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，富士通半導(dǎo)體還提供FRAM RFID開發(fā)板，以使得工程師可以更好的了解FRAM RFID的性能及應(yīng)用，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。有需要的朋友可以聯(lián)系我們。”富士通半導(dǎo)體FRAM RFID開發(fā)套件如下圖7所示。

　　圖7. 富士通半導(dǎo)體FRAM RFID開發(fā)套件