序列介面推波助瀾　FRAM RFID多方應用崛起

圖1 數(shù)據(jù)源：富士通

富士通已開發(fā)高頻及超高頻段RFID

大型儲存數(shù)據(jù)載體優(yōu)勢在于其RFID可記錄并追溯數(shù)據(jù)如制造數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等，因此可應用于各種資產(chǎn)、產(chǎn)品和零組件管理。由于大型儲存數(shù)據(jù)載體具有此項優(yōu)勢，進而衍生希望能運用FRAM RFID來連接感測器等設備的市場需求，現(xiàn)已開發(fā)具備序列介面技術(shù)超高頻段RFID LSI串行周邊接口(SPI)。   

FRAM FRID具優(yōu)異高輻射負載  

FRAM為一種非揮發(fā)性內(nèi)存，使用鐵電材料作為數(shù)據(jù)載體，結(jié)合RAM和只讀存儲器(ROM)優(yōu)勢。電擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)作為用于RFID內(nèi)部非揮發(fā)性內(nèi)存，已廣泛應用于各方面，但當數(shù)據(jù)寫入時，因為數(shù)據(jù)儲存原則在于判讀是否帶有電子電荷，EEPROM需要內(nèi)部升壓電壓，所以寫入速度較緩慢，通常需要數(shù)毫秒而耐擦寫次數(shù)也僅限于十萬次。因此，大部分以EEPROM為基礎的RFID LSI都是小型儲存容量產(chǎn)品，只適合讀不適合寫。相對而言，F(xiàn)RAM在相同數(shù)據(jù)儲存下能兼具寫讀方面性能，擁有一百奈秒擦寫速度，一百億次耐讀/寫次數(shù)，這也是FRAM RFID作為數(shù)據(jù)載體能提供大型儲存容量的主因。   

儲存容量大、擦寫速度快的RFID，其關(guān)鍵優(yōu)勢在于可直接在內(nèi)存上記錄數(shù)據(jù)并將數(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)EEPROM RFID在許多情況下皆采用集中管理方式，在此模式下，數(shù)據(jù)存在服務器端，需要與標簽本身的ID相關(guān)聯(lián)。而FRAM RFID因為可以實現(xiàn)分散數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)可以存在標簽上，因此可減輕服務器承載負荷，此方式尤其適合工廠自動化和維修領域中的生產(chǎn)歷史管理，因為在工廠自動化領域中，有數(shù)百道流程須經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)；在維修領域中，現(xiàn)場資料確認時也須經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)如維修歷史、零組件信息等，透過FRAM RFID將不須再詢問數(shù)據(jù)服務器。   

FRAM RFID另一個主要特點在于具有優(yōu)異防輻射性能，此功能明顯優(yōu)于EEPROM如在醫(yī)療設備、包裝、食品或亞麻布伽瑪射線滅菌過程中，數(shù)據(jù)存在EEPROM中會受到放射線嚴重影響，因為其儲存數(shù)據(jù)方式為電子電荷而存在FRAM中的數(shù)據(jù)在高達45千格雷(kGy)放射水平下仍不會受到影響。   

FRAM RFID內(nèi)建靈活序列介面  

FRAM RFID LSI已內(nèi)建序列介面(圖2)，為RFID數(shù)據(jù)載體提供額外功能，此配置主要特性在于，針對同區(qū)塊FRAM增加多種儲存區(qū)途徑，既可從序列介面進入也可從射頻(RF)界面進入；而透過序列介面與微控制器相連，F(xiàn)RAM可以作為微控制器(MCU)的外部儲存，并透過RF接口進入，因此，RFID閱讀器可以閱讀MCU已寫入的儲存數(shù)據(jù)，而對于MCU也可以閱讀參數(shù)數(shù)據(jù)如透過RF接口編寫運行環(huán)境。    

圖2 數(shù)據(jù)源：富士通

內(nèi)建序列介面的FRAM RFID LSI可為RFID數(shù)據(jù)載體提供額外功能

假設感測器與MCU相連，便可將RFID當作一種感測器標簽。在此情況下，MCU會定期監(jiān)測感測器數(shù)據(jù)并寫入FRAM內(nèi)存，在寫入完成后，可透過RF接口讀取所收集的可追溯數(shù)據(jù)，同時也將RFID應用于MCU參數(shù)內(nèi)存。在此情況下，MCU為存在指定儲存區(qū)的部分參數(shù)，儲存區(qū)中的數(shù)據(jù)可透過RF接口改寫，而MCU會改變間隔以獲取感測器數(shù)據(jù)或者更改閃光燈條件進行告知。就RFID和感測器結(jié)合而言，源標簽(Source Tagging)解決方案也被廣泛運用，但源標簽為一種單向通訊模式，并沒有設置可供RF閱讀器日后讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存，因此源標簽不能作為可追溯記錄數(shù)據(jù)的載體。   

另一方面，F(xiàn)RAM RFID由于儲存容量大，能夠記錄可追溯數(shù)據(jù)，標簽不在RF區(qū)域時也可透過序列介面記錄數(shù)據(jù)。除了感測應用，內(nèi)建序列介面的RFID在理論上可與受MCU控制的各種應用相連接。   

而實際應用方面(圖3)可包括對工廠設備狀態(tài)的監(jiān)測如壓力、流量等或者游戲機、醫(yī)療設備等歷史數(shù)據(jù)記錄；據(jù)了解，此類應用中部分設備透過現(xiàn)有技術(shù)如非觸控式智能卡已達應用需求，但某部份設備在采用此技術(shù)后，于儲存容量、傳輸速度等方面仍無法滿足需求，希望未來透過新技術(shù)突破，進而發(fā)現(xiàn)RFID新用途和應用，并能將該技術(shù)做進一步測試，進而實現(xiàn)更多構(gòu)想。

圖3 數(shù)據(jù)源：富士通半導體

FRAM RFID應用實例 

序列介面兩大難題尚待突破  

針對序列介面連接的使用問題有兩大尚待克服的難題，其一與電池有關(guān)，另一個則與通訊距離有關(guān)。由于RF數(shù)據(jù)傳輸是透過被動通訊模式建立，亦即電源由閱讀器或?qū)懭肫魈峁?。如此一來，介面?shù)據(jù)傳輸就需要額外電池提供電力，由于電池問題是在源標簽應用中相當普遍，所以FRID LSI技術(shù)在實際應用中有時會被誤解為源標簽技術(shù)。   

但無論如何，F(xiàn)RAM RFID的電池壽命是須要考慮的重要課題。從此角度分析，可以得知序列介面功能最適運用于機器或儀器嵌入式應用，因為該項應用相對而言能提供穩(wěn)定電源，但如果標簽被固定地安裝或依附在可移動式資產(chǎn)或物體上，電池管理就會成為一大問題，因為當電池壽命結(jié)束時，將無法直接更換其電池。   

因此，根據(jù)使用環(huán)境評估進一步電池壽命顯得更為重要，建議可以考慮某些充電設備如充電電池或利用一些能源發(fā)電電池，如果在RF通訊過程中能夠充電，在理論上應該是不錯的選擇，但是此選項卻不實用，因為通訊距離會受到嚴重的破壞。   

而關(guān)于通訊距離難題，眾所周知，阻抗匹配對于超高頻段至關(guān)重要，因為它會決定通訊效能，因此必須考慮阻抗匹配會因為透過序列介面連接各種LSI及組件或因為安裝在電路板上而受到嚴重影響。綜合上述情況，如果使用序列介面與傳統(tǒng)RFID標簽相比，天線設計將會更加復雜。   

由于RFID具備射頻識別功能，因此起初被用作可由RFID閱讀器讀取的ID儲存。而由于FRAM擦寫速度快、耐擦寫次數(shù)高，富士通將其用于RFID上，進而達成大容量存儲的數(shù)據(jù)載體標簽。如今，內(nèi)建序列介面的RFID已增加一項新功能，此功能為即使標簽不在RF區(qū)域，也可透過MCU從感測器等設備上記錄可追溯數(shù)據(jù)，并可在日后透過RF讀取數(shù)據(jù)，具有高度便利性。   

盡管在FRAM RFID實際應用中仍有困難尚待克服，但目前已可透過樣品對此一功能進行評估，進一步發(fā)現(xiàn)新可能性，畢竟透過持續(xù)與客戶進行評估和探討才會改進LSI規(guī)格問題；此外，富士通亦提供多款可與RFID連接的MCU產(chǎn)品，以協(xié)助客戶增進產(chǎn)品應用。