開車的朋友可能會有這樣的經(jīng)歷，當(dāng)您經(jīng)過高速公里收費站時，您的交通收費卡在進站和出站時偶爾會無法讀取，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處偶爾會出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀不出的問題。”富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場部高級經(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，實現(xiàn)突破性優(yōu)勢
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高出不止一個數(shù)量級。下圖1所示為FRAM RFID 和EEPROM RFID的性能對比。
圖1. FRAM RFID vs EEPROM RFID。
FRAM是一種非易失性存儲器，使用鐵電材料作為數(shù)據(jù)載體，結(jié)合了隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)的優(yōu)勢。作為用在RFID中的非易失性存儲器， EEPROM已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入時，EEPROM需要內(nèi)部升壓電壓，因為數(shù)據(jù)存儲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)寫入時間非常快。例如，以寫入數(shù)據(jù)為例，采用EEPROM的RFID需要有6msec的時間來等待回應(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，因為二者的原則一樣。
FRAM的另一個主要特點，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)會受到放射線的嚴重影響，因為它的數(shù)據(jù)存儲采用的是電子電荷。而存在于FRAM中的數(shù)據(jù)在高放射水平下仍然不會受到影響。
在FRAM RFID中加入SPI串行接口，擴展應(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增添新的附加價值。”
RFID起初被用作可由RFID閱讀器讀取的ID存儲。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)高而實現(xiàn)了大容量存儲的數(shù)據(jù)載體標簽。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。
大存儲數(shù)據(jù)載體的優(yōu)勢就是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就是，對于同一個FRAM存儲區(qū)來說，既可以從串行接口進入，也可以從RF接口進入。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，例如工廠自動化和維護、醫(yī)療、航天等領(lǐng)域中，F(xiàn)RAM RFID能夠突破一切性能限制，實現(xiàn)EEPROM RFID所不能實現(xiàn)的功能。
在工廠自動化和維護的應(yīng)用中，在制造組裝生產(chǎn)線上的歷史數(shù)據(jù)、手冊、零件信息等都可以被寫進FRAM RFID標簽，從而縮短了讀取時間，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標簽用于工廠自動化和維護中的一個實例。將零件的維護信息和操作歷史數(shù)據(jù)記錄在標簽內(nèi)，可以飛躍性地提高飛機、基礎(chǔ)設(shè)施、土木等維護操作的工作效率。
圖3. FRAM RFID應(yīng)用于工廠自動化和維護。
“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)量之所以都會提升，是因為在整個汽車生產(chǎn)過程中使用了FRAM RFID。
而對于醫(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對輻射有很強的耐受性。基于FRAM的RFID可輕松通過標準醫(yī)療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程中信息會被破壞。
“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標簽應(yīng)用于血透管子的一個例子，可以耐受一定的伽瑪射線。而下圖6是FRAM RFID用作醫(yī)藥標簽的實例。
圖4. 在汽車生產(chǎn)線上采用FRAM RFID標簽，提高生產(chǎn)效率。
而對于醫(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對輻射有很強的耐受性。基于FRAM的RFID可輕松通過標準醫(yī)療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程中信息會被破壞。
“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標簽應(yīng)用于血透管子的一個例子，可以耐受一定的伽瑪射線。而下圖6是FRAM RFID用作醫(yī)藥標簽的實例。
圖5. FRAM RFID用作Gamma Tag。
圖6. FRAM RFID用作醫(yī)藥標簽
此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地，如果您要追溯運輸途中每一個結(jié)點溫度的變化，如何保證整個運輸途中都能在這個溫度以下？就需要在整個車箱里加裝一個RFID的模塊，實時把數(shù)據(jù)傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時運輸范圍內(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，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