鐵電隨機存儲器（FRAM） RFID由于存儲容量大、擦寫速度快一直被用作數(shù)據(jù)載體標簽,。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。

　　概述

　　到目前為止,，富士通半導體已經開發(fā)出了高頻段（13.6MHz）和超高頻段（860 MHz到960 MHz）RFID LSI產品,。這些產品最重要的特點就是它們內嵌FRAM。由于擦寫速度快,、耐擦寫次數(shù)高,，它們已經作為數(shù)據(jù)載體型被動RFID LSI而被全世界廣泛采用。

　　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、產品和零部件的管理,。由于大存儲數(shù)據(jù)載體具有這些優(yōu)勢,，人們希望進一步利用FRAM RFID來連接傳感器等設備。

　　基于這些市場需求,，我們開發(fā)出了一種帶有串行接口的技術,；超高頻段RIFD LSI上的串行外圍接口（SPI）。

　　FRAM FRID LSI的附加值

　　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,，電擦除可編程只讀存儲器（E2PROM）已經得到廣泛應用，但是當數(shù)據(jù)被寫入時,，E2PROM需要內部升壓電壓,，因為數(shù)據(jù)存儲的原則就是要看是否帶有電子電荷，所以它的寫入速度非常慢（需要數(shù)毫秒）,，耐擦寫次數(shù)也僅限于10萬次,。因此,，大部分基于E2PROM的RFID LSI都是小存儲容量產品，只適合讀,，不適合寫,。

　　相比較而言，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本身的擦寫速度是100納秒，耐讀/寫次數(shù)是100億次,。這就是FRAM RFID為什么可以作為數(shù)據(jù)載體提供大存儲容量的原因,。

　　存儲容量大、擦寫速度快的RFID的最重要的優(yōu)勢在于,，它可以在自己的存儲器上記錄數(shù)據(jù),，由此可以將數(shù)據(jù)處理方式從集中數(shù)據(jù)管理轉變?yōu)榉稚?shù)據(jù)管理。傳統(tǒng)的E2PROM RFID在很多情況下都采用集中管理的方式,，在這種模式下,，數(shù)據(jù)存在了服務器端，需要與標簽本身的ID相關聯(lián),。而FRAM RFID可以實現(xiàn)分散數(shù)據(jù)管理,，數(shù)據(jù)可以存在標簽上，由此減輕了服務器的載荷,。這種方式尤其適合工廠自動化（FA）和維修領域中的生產歷史管理,。在工廠自動化領域中，有數(shù)百個流程都需要經常寫入數(shù)據(jù),；在維修領域中,，現(xiàn)場數(shù)據(jù)確認時也需要經常寫入數(shù)據(jù)，如維修歷史,、零部件信息等,，這樣就不需要詢問數(shù)據(jù)服務器。

　　FRAM的另一個主要特點,，就是在防輻射方面明顯優(yōu)于E2PROM,。例如，在醫(yī)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E2PROM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FRAM中的數(shù)據(jù)在高達45kGy的放射水平下仍然不會受到影響,。

　　在RFID LSI上內置串行接口

　　FRAM RFID LSI上已經內置了串行接口，為作為數(shù)據(jù)載體的RFID提供了額外的功能,。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,。

　　通過串行接口與微控制器（以下將“微控制器”簡稱為“MCU”）相連后,，F(xiàn)RAM可以作為MCU的外部存儲，并通過RF接口進入,。因此,，RFID閱讀器就可以閱讀MCU寫過的存儲數(shù)據(jù)，而對于MCU來說,，就可以閱讀參數(shù)數(shù)據(jù),，如通過RF接口編寫的運行環(huán)境。

　　例如,，我們可以假設傳感器與MCU相連,，那么就可以將RFID看作是一種傳感器標簽。在這種情況下,，MCU會定期監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù),，然后寫入FRAM存儲器，過段時間后,，就可以通過RF接口讀取所收集的可追溯數(shù)據(jù),。同時，也可將RFID看作MCU的參數(shù)存儲器,。在這種情況下,，MCU就是存在指定存儲區(qū)的一些參數(shù)，存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)可以通過RF接口改寫,，然后MCU就會改變間隔獲取傳感器數(shù)據(jù),，或者更改閃光燈的條件進行告知。就RFID和傳感器之間的結合而言,，有源標簽也是個眾所周知的解決方案,。但是有源標簽只是一種單向通訊模式，它沒有可供RF閱讀器日后讀取數(shù)據(jù)的存儲器,。因此有源標簽不能作為數(shù)據(jù)載體記錄可追溯數(shù)據(jù),。

　　另一方面，F(xiàn)RAM RFID由于存儲容量大,，能夠記錄可追溯數(shù)據(jù),，標簽不在RF區(qū)域時也可通過串行接口記錄數(shù)據(jù)。

　　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。

　　實際應用可能包括對工廠設備狀態(tài)的監(jiān)測,，比如壓力,、流量等,，或者游戲機、醫(yī)療設備等的歷史數(shù)據(jù)記錄,。就目前掌握的信息來看,，這些應用中，有些通過現(xiàn)有的技術（如非接觸式智能卡）就已經達到了應用要求,，有些采用了我們的技術后在存儲容量,、傳輸速度等方面還沒達到要求。

　　但是我們希望通過這一技術能發(fā)現(xiàn)RFID新的用途和應用,，并能將該技術做進一步的測試,，從而實現(xiàn)更多構想。

圖1 FRAM RFID 應用實例

　　關于串行接口使用的探討

　　從客戶的反饋來看,，我們認識到還需要對串行接口連接的使用問題進行進一步的探討,。其中的一個問題與電池有關，另一個就是通信距離,。

　　RF數(shù)據(jù)傳輸是通過被動通信模式建立起來的,，這就意味著電源由閱讀器或寫入器提供。這樣的話,，串行數(shù)據(jù)傳輸就需要額外的電池,。電池問題是有源標簽中的普遍問題，我們的技術在實際應用中有時被誤解為有源標簽,。但不管怎樣,，電池壽命是需要考慮的問題。

　　從這一點上來看,，串行接口的功能最適合于機器或儀器中的嵌入式應用,，因為這些應用中總是能提供穩(wěn)定的電源。但是,，如果標簽被牢固地安裝和依附在一些可移動的資產或者物體上,，電池管理就會成為問題，因為電池壽命結束時無法對電池進行更換,。

　　因此,，根據(jù)使用環(huán)境評估電池壽命顯得尤為重要，可以考慮一些充電設備,，比如充電電池,，或者利用一些能源發(fā)電的電池。如果在RF通信過程中能夠充電,，在理論上應該是不錯的選擇,，但是卻不實用，因為通信距離會受到嚴重破壞。

　　關于通信距離,，眾所周知,，阻抗匹配對于超高頻段至關重要，因為它決定了通信性能,。因此必須考慮到,，匹配阻抗會因為通過串行接口連接各種LSI和器件，或者因為安裝在電路板上,，而受到嚴重影響,。從上述情況來看，如果使用串行接口,，與傳統(tǒng)的RFID標簽相比,，天線設計可能會越來越復雜。

　　未來發(fā)展

　　由于RFID代表射頻識別（RADIo Frequency IDentification）,，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(shù)高而實現(xiàn)了大容量存儲的數(shù)據(jù)載體標簽,。如今，內置串行接口的RFID增加了一項新功能,，即時標簽不在RF區(qū)域,，也可通過MCU從傳感器等設備上記錄可追溯數(shù)據(jù)，并可在日后通過RF讀取數(shù)據(jù),。

　　盡管在實際應用中有些問題還需要得到解決,，我們還是希望客戶通過樣品對這一功能進行評估，從而發(fā)現(xiàn)新的可能性,。在與客戶進行評估和探討的過程中,，我們將改進LSI的規(guī)格的問題。此外,，我們有許多MCU產品可以與RFID連接,，希望客戶也能可以考慮采用這些產品。