鐵電隨機(jī)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(biāo)簽。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,。

　　概述

　　到目前為止，富士通半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)出了高頻段（13.6MHz）和超高頻段（860 MHz到960 MHz）RFID LSI產(chǎn)品,。這些產(chǎn)品最重要的特點(diǎn)就是它們內(nèi)嵌FRAM,。由于擦寫速度快、耐擦寫次數(shù)高,，它們已經(jīng)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(chǎn)數(shù)據(jù),、物流數(shù)據(jù)、維護(hù)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。由于大存儲數(shù)據(jù)載體具有這些優(yōu)勢,，人們希望進(jìn)一步利用FRAM RFID來連接傳感器等設(shè)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(shù),；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(jié)合了隨機(jī)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(jīng)得到廣泛應(yīng)用,，但是當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入時(shí),，E2PROM需要內(nèi)部升壓電壓,，因?yàn)閿?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(chǎn)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?yàn)槎叩脑瓌t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(zhuǎn)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(wù)器端,，需要與標(biāo)簽本身的ID相關(guān)聯(lián),。而FRAM RFID可以實(shí)現(xiàn)分散數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)可以存在標(biāo)簽上,，由此減輕了服務(wù)器的載荷,。這種方式尤其適合工廠自動化（FA）和維修領(lǐng)域中的生產(chǎn)歷史管理。在工廠自動化領(lǐng)域中,，有數(shù)百個流程都需要經(jīng)常寫入數(shù)據(jù),；在維修領(lǐng)域中,，現(xiàn)場數(shù)據(jù)確認(rèn)時(shí)也需要經(jīng)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(wù)器,。

　　FRAM的另一個主要特點(diǎn)，就是在防輻射方面明顯優(yōu)于E2PROM,。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E2PROM中的數(shù)據(jù)會受到放射線的嚴(yán)重影響,，因?yàn)樗臄?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(dá)45kGy的放射水平下仍然不會受到影響。

　　在RFID LSI上內(nèi)置串行接口

　　FRAM RFID LSI上已經(jīng)內(nèi)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(diǎn)就是，對于同一個FRAM存儲區(qū)來說,，既可以從串行接口進(jìn)入,，也可以從RF接口進(jìn)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(jìn)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(yùn)行環(huán)境,。

　　例如，我們可以假設(shè)傳感器與MCU相連,，那么就可以將RFID看作是一種傳感器標(biāo)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(shí)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(shí),，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(jìn)行告知,。就RFID和傳感器之間的結(jié)合而言，有源標(biāo)簽也是個眾所周知的解決方案,。但是有源標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽不在RF區(qū)域時(shí)也可通過串行接口記錄數(shù)據(jù),。

　　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。

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

　　但是我們希望通過這一技術(shù)能發(fā)現(xiàn)RFID新的用途和應(yīng)用,，并能將該技術(shù)做進(jìn)一步的測試，從而實(shí)現(xiàn)更多構(gòu)想,。

圖1 FRAM RFID 應(yīng)用實(shí)例

　　關(guān)于串行接口使用的探討

　　從客戶的反饋來看,，我們認(rèn)識到還需要對串行接口連接的使用問題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。其中的一個問題與電池有關(guān),，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?qū)懭肫魈峁?。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(biāo)簽中的普遍問題,，我們的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)被誤解為有源標(biāo)簽,。但不管怎樣，電池壽命是需要考慮的問題,。

　　從這一點(diǎn)上來看,，串行接口的功能最適合于機(jī)器或儀器中的嵌入式應(yīng)用，因?yàn)檫@些應(yīng)用中總是能提供穩(wěn)定的電源,。但是,，如果標(biāo)簽被牢固地安裝和依附在一些可移動的資產(chǎn)或者物體上，電池管理就會成為問題,，因?yàn)殡姵貕勖Y(jié)束時(shí)無法對電池進(jìn)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(shè)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(yīng)該是不錯的選擇，但是卻不實(shí)用,，因?yàn)橥ㄐ啪嚯x會受到嚴(yán)重破壞,。

　　關(guān)于通信距離，眾所周知,，阻抗匹配對于超高頻段至關(guān)重要,，因?yàn)樗鼪Q定了通信性能。因此必須考慮到,，匹配阻抗會因?yàn)橥ㄟ^串行接口連接各種LSI和器件,，或者因?yàn)榘惭b在電路板上，而受到嚴(yán)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(biāo)簽相比,，天線設(shè)計(jì)可能會越來越復(fù)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(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(shí)現(xiàn)了大容量存儲的數(shù)據(jù)載體標(biāo)簽,。如今,，內(nèi)置串行接口的RFID增加了一項(xiàng)新功能，即時(shí)標(biāo)簽不在RF區(qū)域,，也可通過MCU從傳感器等設(shè)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(shí)際應(yīng)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(jìn)行評估,，從而發(fā)現(xiàn)新的可能性。在與客戶進(jìn)行評估和探討的過程中,，我們將改進(jìn)LSI的規(guī)格的問題,。此外，我們有許多MCU產(chǎn)品可以與RFID連接,，希望客戶也能可以考慮采用這些產(chǎn)品,。