序列介面推波助澜　FRAM RFID多方应用崛起

图1 数据源：富士通

富士通已开发高频及超高频段RFID

大型储存数据载体优势在于其RFID可记录并追溯数据如制造数据、生产数据、物流数据、维护数据等，因此可应用于各种资产、产品和零组件管理。由于大型储存数据载体具有此项优势，进而衍生希望能运用FRAM RFID来连接感测器等设备的市场需求，现已开发具备序列介面技术超高频段RFID LSI串行周边接口(SPI)。   

FRAM FRID具优异高辐射负载  

FRAM为一种非挥发性内存，使用铁电材料作为数据载体，结合RAM和只读存储器(ROM)优势。电擦写可编程只读存储器(EEPROM)作为用于RFID内部非挥发性内存，已广泛应用于各方面，但当数据写入时，因为数据储存原则在于判读是否带有电子电荷，EEPROM需要内部升压电压，所以写入速度较缓慢，通常需要数毫秒而耐擦写次数也仅限于十万次。因此，大部分以EEPROM为基础的RFID LSI都是小型储存容量产品，只适合读不适合写。相对而言，FRAM在相同数据储存下能兼具写读方面性能，拥有一百奈秒擦写速度，一百亿次耐读/写次数，这也是FRAM RFID作为数据载体能提供大型储存容量的主因。   

储存容量大、擦写速度快的RFID，其关键优势在于可直接在内存上记录数据并将数据处理方式从集中数据管理转变为分散数据管理。传统EEPROM RFID在许多情况下皆采用集中管理方式，在此模式下，数据存在服务器端，需要与标签本身的ID相关联。而FRAM RFID因为可以实现分散数据管理，数据可以存在标签上，因此可减轻服务器承载负荷，此方式尤其适合工厂自动化和维修领域中的生产历史管理，因为在工厂自动化领域中，有数百道流程须经常写入数据；在维修领域中，现场资料确认时也须经常写入数据如维修历史、零组件信息等，透过FRAM RFID将不须再询问数据服务器。   

FRAM RFID另一个主要特点在于具有优异防辐射性能，此功能明显优于EEPROM如在医疗设备、包装、食品或亚麻布伽玛射线灭菌过程中，数据存在EEPROM中会受到放射线严重影响，因为其储存数据方式为电子电荷而存在FRAM中的数据在高达45千格雷(kGy)放射水平下仍不会受到影响。   

FRAM RFID内建灵活序列介面  

FRAM RFID LSI已内建序列介面(图2)，为RFID数据载体提供额外功能，此配置主要特性在于，针对同区块FRAM增加多种储存区途径，既可从序列介面进入也可从射频(RF)界面进入；而透过序列介面与微控制器相连，FRAM可以作为微控制器(MCU)的外部储存，并透过RF接口进入，因此，RFID阅读器可以阅读MCU已写入的储存数据，而对于MCU也可以阅读参数数据如透过RF接口编写运行环境。    

图2 数据源：富士通

内建序列介面的FRAM RFID LSI可为RFID数据载体提供额外功能

假设感测器与MCU相连，便可将RFID当作一种感测器标签。在此情况下，MCU会定期监测感测器数据并写入FRAM内存，在写入完成后，可透过RF接口读取所收集的可追溯数据，同时也将RFID应用于MCU参数内存。在此情况下，MCU为存在指定储存区的部分参数，储存区中的数据可透过RF接口改写，而MCU会改变间隔以获取感测器数据或者更改闪光灯条件进行告知。就RFID和感测器结合而言，源标签(Source Tagging)解决方案也被广泛运用，但源标签为一种单向通讯模式，并没有设置可供RF阅读器日后读取数据的内存，因此源标签不能作为可追溯记录数据的载体。   

另一方面，FRAM RFID由于储存容量大，能够记录可追溯数据，标签不在RF区域时也可透过序列介面记录数据。除了感测应用，内建序列介面的RFID在理论上可与受MCU控制的各种应用相连接。   

而实际应用方面(图3)可包括对工厂设备状态的监测如压力、流量等或者游戏机、医疗设备等历史数据记录；据了解，此类应用中部分设备透过现有技术如非触控式智能卡已达应用需求，但某部份设备在采用此技术后，于储存容量、传输速度等方面仍无法满足需求，希望未来透过新技术突破，进而发现RFID新用途和应用，并能将该技术做进一步测试，进而实现更多构想。

图3 数据源：富士通半导体

FRAM RFID应用实例 

序列介面两大难题尚待突破  

针对序列介面连接的使用问题有两大尚待克服的难题，其一与电池有关，另一个则与通讯距离有关。由于RF数据传输是透过被动通讯模式建立，亦即电源由阅读器或写入器提供。如此一来，介面数据传输就需要额外电池提供电力，由于电池问题是在源标签应用中相当普遍，所以FRID LSI技术在实际应用中有时会被误解为源标签技术。   

但无论如何，FRAM RFID的电池寿命是须要考虑的重要课题。从此角度分析，可以得知序列介面功能最适运用于机器或仪器嵌入式应用，因为该项应用相对而言能提供稳定电源，但如果标签被固定地安装或依附在可移动式资产或物体上，电池管理就会成为一大问题，因为当电池寿命结束时，将无法直接更换其电池。   

因此，根据使用环境评估进一步电池寿命显得更为重要，建议可以考虑某些充电设备如充电电池或利用一些能源发电电池，如果在RF通讯过程中能够充电，在理论上应该是不错的选择，但是此选项却不实用，因为通讯距离会受到严重的破坏。   

而关于通讯距离难题，众所周知，阻抗匹配对于超高频段至关重要，因为它会决定通讯效能，因此必须考虑阻抗匹配会因为透过序列介面连接各种LSI及组件或因为安装在电路板上而受到严重影响。综合上述情况，如果使用序列介面与传统RFID标签相比，天线设计将会更加复杂。   

由于RFID具备射频识别功能，因此起初被用作可由RFID阅读器读取的ID储存。而由于FRAM擦写速度快、耐擦写次数高，富士通将其用于RFID上，进而达成大容量存储的数据载体标签。如今，内建序列介面的RFID已增加一项新功能，此功能为即使标签不在RF区域，也可透过MCU从感测器等设备上记录可追溯数据，并可在日后透过RF读取数据，具有高度便利性。   

尽管在FRAM RFID实际应用中仍有困难尚待克服，但目前已可透过样品对此一功能进行评估，进一步发现新可能性，毕竟透过持续与客户进行评估和探讨才会改进LSI规格问题；此外，富士通亦提供多款可与RFID连接的MCU产品，以协助客户增进产品应用。