根據賽迪智庫的最新報告，預計到2020年，中國物聯網市場規模將達2萬億元。在如此龐大的市場需求下，繼實現“聯”之后的下一步將是“物”的設計，大多數電子系統的設計將由于物聯網的趨勢而發生極大的改變，主要反映在終端產品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、連接、電源管理等關鍵通用模塊的創新上。IoT應用的范疇跨度廣泛，如何在其中實現創新，作為業內領先的存儲芯片提供商，富士通半導體基于FRAM RFID能量收集技術的應用方案提供了獨到的解決思路。
在不久前結束的2018第14屆RFID世界應用創新大會上，富士通半導體有限公司系統存儲設計開發部FRAM RFID高級工程師羅建在演講中表示，基于FRAM RFID能量收集技術的應用方案提供了無源設計的基礎，讓產品實現自給能源,既十分環保又易于防水等便于加工生產，在醫療、實驗室、物流等領域有著廣闊的應用前景。
圖1：富士通系統存儲設計開發部FRAM RFID高級工程師羅建
業界第一款UHF無線無源鍵盤，富士通FRAM RFID Inside！
伴隨物聯網的崛起，RFID技術已經廣泛滲透到零售、物流、交通、醫療等多個領域，成為推動市場增長的一大技術助力。眾所周知，物聯網的終端產品往往要求小型化，這很大程度上限制了電池的容量。若能實現無源的電子系統，無疑是IoT應用的一個重大突破口，RFID無源電子系統則是解決思路之一，這里說的無源設計即無供電、無電池的電子系統。
“事實上，富士通一直致力于產品的無源化，尋求無電池的解決方案。基于業界一流的低功耗FRAM技術，富士通已經成功實現了無電池的RFID方案。”羅建稱。以富士通新推出的RFID芯片——MB97R8110為例，將RF無線信號通過電磁轉換為電能，在給內部供電之余，還能將多余的電能提供給外部的元器件，為無源電子系統設計創造了基礎。據悉，該芯片支持EPC Global C1G2 Ver.1.2通信規格，并為外部應用預留了多功能的接口，如SPI、Key Matrix Scan I/F、GPIO等。因此設計者可以利用富士通的RFID芯片，實現傳感器、顯示器等電子產品的控制和數據采集。另外，該RFID芯片提供的SPI串口功能可以直接控制傳感器和顯示屏從而省去了MCU，又因無線供電而省掉電池，有效地幫助客戶減少BOM。
圖2：富士通創新的FRAM RFID芯片，助力打造無線無源電子方案
羅建指出：“富士通RFID芯片通過無源的方式給外掛元器件供電可以解決環保的問題，同時省去MCU和電池。又因為內嵌了FRAM存儲器，具有先天的存儲速度優勢，擁有比傳統的EEPROM快30倍的寫入速度，功耗低至僅為后者的幾百分之一，并且具有防輻射等特性，能夠滿足產品在嚴苛環境下使用的可靠性。”
目前，富士通基于獨創的RFID芯片推出了業界首款UHF無源無線鍵盤。由于該RFID芯片最大可外接16*8=128的Key Matrix，所以特別適用于醫療場景下的鍵盤設備。這些醫療設備經常處于射線環境下，因此富士通具有防輻射特性的FRAM技術能夠保障數據的可靠性。同時，無源鍵盤不需要外接供電，所以終端產品可以進行一體化的防水防塵設計，并維持十分輕薄的尺寸，幫助客戶提高產品的附加價值。據透露，富士通已經與全球領先的大牌廠商開展合作，全力推進專業鍵盤的量產。
圖3：在同期IOTE 2018展會上，富士通展示業界首款UHF無源無線鍵盤
不僅如此，電子紙及電子貨架標簽也是RFID芯片的創新應用之一。當下無人商店的發展非常迅速，物流、工業資產管理等應用也正朝著電子化和無紙化的方向推進。“電子紙的特性是顯示的時候不需要電，只須在改寫顯示數據的瞬間供電。”羅建解釋道，“富士通新推出的RFID芯片對此完美適配，在傳送數據的同時還能為外掛元器件供電，從而實現產品終生不需要電池，同時具有成本低、維護方便等優勢。”
擴充藍牙、GNSS等產品線, 存儲市場的IoT大商機
除了基于FRAM的RFID芯片以外，面向物聯網領域，富士通也在積極推進其他產品線的布局，如低功耗藍牙、LoRa、GNSS模塊等。據介紹，富士通在藍牙模塊的設計上擁有超過二十年的經驗，積累了獨特的藍牙天線排列技術，可以在高密度、小型化的設計封裝中保持藍牙信號連接的穩定性與低功耗。搭配自有的高可靠專業打印頭與藍牙模塊，富士通推出的高端打印機方案已被政府機構、銀行等采用，如駕駛證打印、銀行自助終端打印等。同時，正在認證的LoRa芯片已搭配第三方傳感器，打造湖泊、近海等水質監測的解決方案，成為IoT場景下的代表應用之一。
圖4：富士通展示應用于移動打印機與各類無線設備的BLE模塊
此外，根據復旦大學管理學院發布的《移動物聯網(2017)行業研究報告》，2020年中國Mobile IoT業務總體規模預計達到1.76萬億元，其中以GNSS技術為支撐的相關業務發展是主力軍，預計到2025年全球GNSS技術支撐的物聯網設備將超過80億臺。
針對GNSS這一類應用場景，富士通推出超低功耗、超小型化、高可靠的GNSS模塊產品——MSB1054，整體尺寸為5.8 x 6.2 x1.0 mm3，工作溫度范圍可達15~80℃。該模塊在單片SiP封裝中以高密度集成了基帶IC、RF前端、溫度補償晶振(TCXO)以及Flash內存，并嵌入SAW濾波器與LNA，因此設計人員不需要復雜的RF電路設計即可打造穩定可靠的GNSS產品。據富士通工程師介紹，該GNSS模塊支持衛星定位系統，兼容GPS、GLONASS、北斗、伽利略等定位導航標準。同時，富士通針對開發者推出了配套的開發板與軟件平臺，連接PC端與外部天線即可進行調試，十分易于上手。
圖5：富士通已推出適配GNSS模塊的軟硬件開發套件
富士通攜手眾多大牌，與合作伙伴共建IoT生態
如前所述，物聯網趨勢下的電子系統設計正發生顛覆式的改變，終端產品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、電源管理等通用模塊的創新將成為終端產品設計的關鍵。“所謂合則能成，富士通在自身擴充產品線的同時，也積極地與合作伙伴聯手打造完整的解決方案，為加快物聯網客戶的產品上市時間提供助力。”羅建稱。富士通獨特的商業模式讓其在IoT生態打造上更具優勢，富士通元器件既有原廠的產品和設計能力，還代理了眾多大品牌產品的分銷業務，在IoT產品設計中的關鍵通用模塊中，富士通代理的品牌線也有相應的產品供客戶選擇。
比如北陸電氣工業株式會社HDK聯手富士通展示了小尺寸、低功耗、高可靠性的電容式溫度濕度傳感器，僅2.0 x 2.0 x 0.75mm3的超小、薄型封裝，可以測定0%~100%RH的大范圍濕度，為物聯網場景提供感測技術。
除此以外，日本紅寶石 Rubycon公司的超級電容也在富士通展臺亮相。由于超級電容具有蓄電時不產生化學反應，可以急速充放電，并且循環壽命長的特點，所以在帶太陽能電池或風力發電等獨立電源的路燈、道路標識、無線基站等IOT場景中可以發揮關鍵的作用。此外，超級電容還可用于瞬間大電流的機器動力輔助裝置和能源回收裝置，也可作為充電式機器的主電源使用，從而實現機器的免維修化。
羅建表示，“這些器件與富士通的多線產品相輔相成，它們最大的共同點就是能效表現十分出色、功耗很低，這在IoT領域至關重要，因此我們有信心在不斷擴大的IoT市場中搶占先機！”
圖6：Rubycon超級電容為物聯網應用提供高效的電源輸入輸出