關鍵詞： RFID , FRAM , EEPROM , 非易失性存儲器

在RFID中嵌入FRAM，打破傳統RFID標簽的一系列限制

開車的朋友可能會有這樣的經歷，當經過高速公里收費站時，交通收費卡在進站和出站時偶爾會無法讀取，原因是交通卡使用的頻率比較高，超過了它的讀寫次數。目前，這些交通卡大部分是采用內嵌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的讀寫次數可以達到1012，而采用EEPROM 的RFID的讀寫次數最多只有一百萬次，這就是為何高速收費處偶爾會出現數據讀不出的問題。”富士通半導體(上海)有限公司市場部高級經理蔡振宇指出：“在RFID中嵌入FRAM，能夠打破傳統采用EEPROM的RFID標簽的一系列性能限制，解決很多應用難題。”

在RFID中嵌入FRAM，實現突破性優勢

富士通半導體內嵌FRAM的RFID產品相比其單體FRAM產品是比較新的，而市場上常用的RFID產品嵌入的是EEPROM。與內嵌EEPROM的RFID產品相比，內嵌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據載體，結合了隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)的優勢。作為用在RFID中的非易失性存儲器， EEPROM已經得到廣泛應用，但是當數據被寫入時，EEPROM需要內部升壓電壓，因為數據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(需要數毫秒)，耐擦寫次數也僅限于10萬次左右。因此，大部分基于EEPROM的RFID都是小存儲容量產品，只適合讀，不適合寫。

比較而言，FRAM RFID數據寫入時間非常快。例如，以寫入數據為例，采用EEPROM的RFID需要有6msec的時間來等待回應，而采用FRAM的RFID僅需要100usec。并且，FRAM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于EEPROM。例如，在醫療設備和包裝、食品或者亞麻布的伽瑪射線滅菌過程中，存在于 EEPROM中的數據會受到放射線的嚴重影響，因為它的數據存儲采用的是電子電荷。而存在于FRAM中的數據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，擴展應用領域

到目前為止，富士通半導體已經開發出了適合各類應用的FRAM RFID產品，覆蓋了HF（高頻：13.56MHz）和UHF（超高頻：860至960MHz）。如下圖2所示為富士通半導體FRAM RFID產品線。這些FRAM RFID可廣泛應用于工業、醫療、航空等領域。

圖2.  富士通半導體FRAM RFID產品線。

“和目前常用的EEPROM RFID相比，FRAM RFID的容量會更大。市面上比較多的RFID產品都是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，富士通半導體還推出了帶有SPI串行接口的FRAM RFID產品，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。富士通半導體將FRAM用在了RFID上，由于FRAM擦寫速度快、耐擦寫次數高而實現了大容量存儲的數據載體標簽。如今，內置的串行接口可將傳感器與RFID連接在一起，從而豐富了RFID應用。

大存儲數據載體的優勢就是RFID可以記錄可追溯數據，如制造數據、生產數據、物流數據、維護數據等，因此它可用于各種資產、產品和零部件的管理。基于這些市場需求，富士通半導體開發出了帶有SPI接口的FRAM RFID產品。

這種配置的主要特點就是，對于同一個FRAM存儲區來說，既可以從串行接口進入，也可以從RF接口進入。除了傳感應用外，內置串行接口的RFID在理論上可以與受MCU控制的各種應用相連接。
        
FRAM RFID創新應用案例

FRAM為RFID注入了新的活力，尤其是在傳統EEPROM RFID不能滿足應用需求的領域，例如工廠自動化和維護、醫療、航天等領域中。

在工廠自動化和維護的應用中，在制造組裝生產線上的歷史數據、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，使生產線構成更加高效性。如下圖3所示為富士通半導體的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據記錄在標簽內，可以飛躍性地提高飛機、基礎設施、土木等維護操作的工作效率。

圖3. FRAM RFID應用于工廠自動化和維護。

“如果要把生產線、流水線變快，那么RFID讀取速度也要變快。富士通半導體的118C就已成功地運用在這樣的領域。” 蔡振宇表示。例如下圖4所示的汽車生產線，其每年的生產量之所以都會提升，是因為在整個汽車生產過程中使用了FRAM RFID。

圖4. 在汽車生產線上采用FRAM RFID標簽，提高生產效率。

而對于醫療和制藥領域，最重要的是FRAM技術可以抵抗輻射。美國和歐洲的國家會有很多接觸到醫療器械的地方，需要經過伽瑪放射性消毒，FRAM對輻射有很強的耐受性。基于FRAM的RFID可輕松通過標準醫療滅菌過程，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用需求比較多，如今我們慢慢地看到，中國的醫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臺的追溯、藥劑盒子、類似于穿刺、血透的管子等應用中。如下圖5所示為FRAM RFID標簽應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用作醫藥標簽的實例。

圖5. FRAM RFID用作Gamma Tag。

圖6. FRAM RFID用作醫藥標簽

此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地，如果要追溯運輸途中每一個結點溫度的變化，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，實時把數據傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時運輸范圍內有沒有超過溫度系數、溫度范圍，擁有SPI接口的RFID可以實現這樣的應用。

蔡振宇最后指出：“為了更好的在技術上支持廣大工程師的系統設計，富士通半導體還提供FRAM RFID開發板，以使得工程師可以更好的了解FRAM RFID的性能及應用，縮短產品上市時間。有需要的朋友可以聯系我們。”富士通半導體FRAM RFID開發套件如下圖7所示。

圖7. 富士通半導體FRAM RFID開發套件

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