根據(jù)賽迪智庫的最新報(bào)告,，預(yù)計(jì)到2020年,，中國物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2萬億元。在如此龐大的市場(chǎng)需求下,，繼實(shí)現(xiàn)“聯(lián)”之后的下一步將是“物”的設(shè)計(jì),，大多數(shù)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將由于物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)而發(fā)生極大的改變，主要反映在終端產(chǎn)品的存儲(chǔ),、傳感器、嵌入式處理器,、連接,、電源管理等關(guān)鍵通用模塊的創(chuàng)新上。IoT應(yīng)用的范疇跨度廣泛,，如何在其中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,，作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的存儲(chǔ)芯片提供商，富士通半導(dǎo)體基于FRAM RFID能量收集技術(shù)的應(yīng)用方案提供了獨(dú)到的解決思路,。
在不久前結(jié)束的2018第14屆RFID世界應(yīng)用創(chuàng)新大會(huì)上,，富士通半導(dǎo)體有限公司系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)開發(fā)部FRAM RFID高級(jí)工程師羅建在演講中表示，基于FRAM RFID能量收集技術(shù)的應(yīng)用方案提供了無源設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),，讓產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自給能源,既十分環(huán)保又易于防水等便于加工生產(chǎn),，在醫(yī)療、實(shí)驗(yàn)室,、物流等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,。
圖1：富士通系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)開發(fā)部FRAM RFID高級(jí)工程師羅建
業(yè)界第一款UHF無線無源鍵盤，富士通FRAM RFID Inside,！
伴隨物聯(lián)網(wǎng)的崛起,，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到零售,、物流、交通,、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域,，成為推動(dòng)市場(chǎng)增長的一大技術(shù)助力。眾所周知,，物聯(lián)網(wǎng)的終端產(chǎn)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(shí)現(xiàn)無源的電子系統(tǒng),，無疑是IoT應(yīng)用的一個(gè)重大突破口,，RFID無源電子系統(tǒng)則是解決思路之一，這里說的無源設(shè)計(jì)即無供電,、無電池的電子系統(tǒng),。
“事實(shí)上，富士通一直致力于產(chǎn)品的無源化,，尋求無電池的解決方案,。基于業(yè)界一流的低功耗FRAM技術(shù),，富士通已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)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(hào)通過電磁轉(zhuǎn)換為電能，在給內(nèi)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(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。據(jù)悉,，該芯片支持EPC Global C1G2 Ver.1.2通信規(guī)格,，并為外部應(yīng)用預(yù)留了多功能的接口，如SPI,、Key Matrix Scan I/F,、GPIO等。因此設(shè)計(jì)者可以利用富士通的RFID芯片,，實(shí)現(xiàn)傳感器,、顯示器等電子產(chǎn)品的控制和數(shù)據(jù)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(chuàng)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(huán)保的問題,，同時(shí)省去MCU和電池。又因?yàn)閮?nèi)嵌了FRAM存儲(chǔ)器,，具有先天的存儲(chǔ)速度優(yōu)勢(shì),，擁有比傳統(tǒng)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(chǎn)品在嚴(yán)苛環(huán)境下使用的可靠性?！?/p>
目前,，富士通基于獨(dú)創(chuàng)的RFID芯片推出了業(yè)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(yī)療場(chǎng)景下的鍵盤設(shè)備,。這些醫(yī)療設(shè)備經(jīng)常處于射線環(huán)境下，因此富士通具有防輻射特性的FRAM技術(shù)能夠保障數(shù)據(jù)的可靠性,。同時(shí),，無源鍵盤不需要外接供電，所以終端產(chǎn)品可以進(jìn)行一體化的防水防塵設(shè)計(jì),，并維持十分輕薄的尺寸,，幫助客戶提高產(chǎn)品的附加價(jià)值。據(jù)透露,，富士通已經(jīng)與全球領(lǐng)先的大牌廠商開展合作,，全力推進(jìn)專業(yè)鍵盤的量產(chǎn)。
圖3：在同期IOTE 2018展會(huì)上,，富士通展示業(yè)界首款UHF無源無線鍵盤
不僅如此,，電子紙及電子貨架標(biāo)簽也是RFID芯片的創(chuàng)新應(yīng)用之一。當(dāng)下無人商店的發(fā)展非常迅速,，物流、工業(yè)資產(chǎn)管理等應(yīng)用也正朝著電子化和無紙化的方向推進(jìn),?！半娮蛹埖奶匦允秋@示的時(shí)候不需要電，只須在改寫顯示數(shù)據(jù)的瞬間供電,?！绷_建解釋道，“富士通新推出的RFID芯片對(duì)此完美適配,，在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)還能為外掛元器件供電,，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品終生不需要電池，同時(shí)具有成本低,、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì),?！?/p>
擴(kuò)充藍(lán)牙、GNSS等產(chǎn)品線, 存儲(chǔ)市場(chǎng)的IoT大商機(jī)
除了基于FRAM的RFID芯片以外,，面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,，富士通也在積極推進(jìn)其他產(chǎn)品線的布局，如低功耗藍(lán)牙,、LoRa,、GNSS模塊等。據(jù)介紹,，富士通在藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)上擁有超過二十年的經(jīng)驗(yàn),，積累了獨(dú)特的藍(lán)牙天線排列技術(shù)，可以在高密度,、小型化的設(shè)計(jì)封裝中保持藍(lán)牙信號(hào)連接的穩(wěn)定性與低功耗,。搭配自有的高可靠專業(yè)打印頭與藍(lán)牙模塊，富士通推出的高端打印機(jī)方案已被政府機(jī)構(gòu),、銀行等采用,，如駕駛證打印、銀行自助終端打印等,。同時(shí),，正在認(rèn)證的LoRa芯片已搭配第三方傳感器，打造湖泊,、近海等水質(zhì)監(jiān)測(cè)的解決方案,，成為IoT場(chǎng)景下的代表應(yīng)用之一。
圖4：富士通展示應(yīng)用于移動(dòng)打印機(jī)與各類無線設(shè)備的BLE模塊
此外,，根據(jù)復(fù)旦大學(xué)管理學(xué)院發(fā)布的《移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(2017)行業(yè)研究報(bào)告》,，2020年中國Mobile IoT業(yè)務(wù)總體規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到1.76萬億元，其中以GNSS技術(shù)為支撐的相關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)展是主力軍,，預(yù)計(jì)到2025年全球GNSS技術(shù)支撐的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將超過80億臺(tái),。
針對(duì)GNSS這一類應(yīng)用場(chǎng)景，富士通推出超低功耗,、超小型化,、高可靠的GNSS模塊產(chǎn)品——MSB1054，整體尺寸為5.8 x 6.2 x1.0 mm3,，工作溫度范圍可達(dá)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(bǔ)償晶振(TCXO)以及Flash內(nèi)存,，并嵌入SAW濾波器與LNA，因此設(shè)計(jì)人員不需要復(fù)雜的RF電路設(shè)計(jì)即可打造穩(wěn)定可靠的GNSS產(chǎn)品,。據(jù)富士通工程師介紹,，該GNSS模塊支持衛(wèi)星定位系統(tǒng),，兼容GPS、GLONASS,、北斗,、伽利略等定位導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),，富士通針對(duì)開發(fā)者推出了配套的開發(fā)板與軟件平臺(tái),，連接PC端與外部天線即可進(jìn)行調(diào)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(fā)套件
富士通攜手眾多大牌,，與合作伙伴共建IoT生態(tài)
如前所述，物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)下的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)正發(fā)生顛覆式的改變,，終端產(chǎn)品的存儲(chǔ),、傳感器、嵌入式處理器,、電源管理等通用模塊的創(chuàng)新將成為終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,。“所謂合則能成,，富士通在自身擴(kuò)充產(chǎn)品線的同時(shí),，也積極地與合作伙伴聯(lián)手打造完整的解決方案，為加快物聯(lián)網(wǎng)客戶的產(chǎn)品上市時(shí)間提供助力,?！绷_建稱。富士通獨(dú)特的商業(yè)模式讓其在IoT生態(tài)打造上更具優(yōu)勢(shì),，富士通元器件既有原廠的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)能力,，還代理了眾多大品牌產(chǎn)品的分銷業(yè)務(wù)，在IoT產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵通用模塊中,，富士通代理的品牌線也有相應(yīng)的產(chǎn)品供客戶選擇,。
比如北陸電氣工業(yè)株式會(huì)社HDK聯(lián)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(cè)定0%~100%RH的大范圍濕度,，為物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景提供感測(cè)技術(shù),。
除此以外,，日本紅寶石 Rubycon公司的超級(jí)電容也在富士通展臺(tái)亮相。由于超級(jí)電容具有蓄電時(shí)不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),，可以急速充放電,，并且循環(huán)壽命長的特點(diǎn),，所以在帶太陽能電池或風(fēng)力發(fā)電等獨(dú)立電源的路燈、道路標(biāo)識(shí),、無線基站等IOT場(chǎng)景中可以發(fā)揮關(guān)鍵的作用,。此外，超級(jí)電容還可用于瞬間大電流的機(jī)器動(dòng)力輔助裝置和能源回收裝置,，也可作為充電式機(jī)器的主電源使用,，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的免維修化。
羅建表示,，“這些器件與富士通的多線產(chǎn)品相輔相成,，它們最大的共同點(diǎn)就是能效表現(xiàn)十分出色、功耗很低,，這在IoT領(lǐng)域至關(guān)重要,，因此我們有信心在不斷擴(kuò)大的IoT市場(chǎng)中搶占先機(jī)！”
圖6：Rubycon超級(jí)電容為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供高效的電源輸入輸出