高性能RFID標簽是怎樣煉成的？

開(kāi)車(chē)的朋友可能會(huì )有這樣的經(jīng)歷，當您經(jīng)過(guò)高速公里收費站時(shí)，您的交通收費卡在進(jìn)站和出站的時(shí)候偶爾會(huì )無(wú)法讀取，原因是您的交通卡使用的頻率比較高，超過(guò)了他的讀寫(xiě)次數。目前，這些交通卡大部分是采用內嵌EEPROM的RFID制造，而如果將智能交通卡中的EEPROM換成FRAM，問(wèn)題就迎刃而解了。

“采用FRAM 的RFID的讀寫(xiě)次數可以達到1012，而采用EEPROM 的RFID的讀寫(xiě)次數最多只有一百萬(wàn)次，這就是為何高速收費處偶爾會(huì )出現數據讀不出的問(wèn)題。”富士通半導體（上海）有限公司市場(chǎng)部高級經(jīng)理蔡振宇指出：“在RFID中嵌入FRAM，能夠打破傳統采用EEPROM的RFID標簽的一系列性能限制，解決很多應用難題。”

在RFID中嵌入FRAM，實(shí)現突破性?xún)?yōu)勢

富士通半導體內嵌FRAM的RFID產(chǎn)品相比其單體FRAM產(chǎn)品是比較新的，而市場(chǎng)上常用的RFID產(chǎn)品嵌入的是EEPROM。與內嵌EEPROM的RFID產(chǎn)品相比，內嵌FRAM的RFID不只讀寫(xiě)速度快很多，并且其抗輻射性比EEPROM高出不止一個(gè)數量級。如下圖1所示為FRAM RFID 和EEPROM RFID的性能對比。

圖1. FRAM RFIDvs EEPROM RFID。

FRAM是一種非易失性存儲器，使用鐵電材料作為數據載體，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， EEPROM已經(jīng)得到廣泛應用，但是當數據被寫(xiě)入時(shí)，EEPROM需要內部升壓電壓，因為數據存儲的原則就是要看是否帶有電子電荷，所以它的寫(xiě)入速度較慢慢（需要數毫秒），耐擦寫(xiě)次數也僅限于10萬(wàn)次左右。因此，大部分基于EEPROM的RFID都是小存儲容量產(chǎn)品，只適合讀，不適合寫(xiě)。

比較而言，FRAM RFID數據寫(xiě)入時(shí)間非?？?。例如，以寫(xiě)入數據為例，采用EEPROM的RFID需要有6msec的時(shí)間來(lái)等待回應，而采用FRAM的RFID僅需要100usec。并且，FRAM在寫(xiě)和讀方面的性能一樣好，因為二者的原則一樣。

FRAM的另一個(gè)主要特點(diǎn)，就是在防輻射方面明顯優(yōu)于EEPROM。例如，在醫療設備和包裝、食品或者亞麻布的伽瑪射線(xiàn)滅菌過(guò)程中，存在于 EEPROM中的數據會(huì )受到放射線(xiàn)的嚴重影響，因為它的數據存儲采用的是電子電荷。而存在于FRAM中的數據在高放射水平下仍然不會(huì )受到影響。

在FRAM RFID中加入SPI串行接口，擴展應用領(lǐng)域

到目前為止，富士通半導體已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了適合各類(lèi)應用的FRAM RFID產(chǎn)品，覆蓋了HF（高頻：13.56MHz）和UHF（超高頻：860至960MHz）。如下圖2所示為富士通半導體FRAM RFID產(chǎn)品線(xiàn)。這些FRAM RFID廣泛應用于工業(yè)，醫療，航空等領(lǐng)域。

圖2. 富士通半導體FRAM RFID產(chǎn)品線(xiàn)。

“和目前常用的EEPROM RFID相比，FRAM RFID的容量會(huì )更大。市面上比較多的RFID產(chǎn)品都是128b或是512b，而客戶(hù)有往里面存儲更多信息的需求。”蔡振宇表示：“目前我們的FRAM RFID的容量最大可以做到64KB。此外，富士通半導體還推出了帶有SPI串行接口的FRAM RFID產(chǎn)品，這將為FRAM RFID增添新的附加價(jià)值。”

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(xiě)速度快、耐擦寫(xiě)次數高而實(shí)現了大容量存儲的數據載體標簽。如今，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。

大存儲數據載體的優(yōu)勢就是RFID可以記錄可追溯數據，如制造數據、生產(chǎn)數據、物流數據、維護數據等，因此它可用于各種資產(chǎn)、產(chǎn)品和零部件的管理?；谶@些市場(chǎng)需求，富士通半導體開(kāi)發(fā)出了帶有SPI接口的FRAM RFID產(chǎn)品。

這種配置的主要特點(diǎn)就是，對于同一個(gè)FRAM存儲區來(lái)說(shuō)，既可以從串行接口進(jìn)入，也可以從RF接口進(jìn)入。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。

FRAM RFID創(chuàng )新應用案例

FRAM為RFID注入了新的活力，尤其是在傳統EEPROM RFID不能滿(mǎn)足應用需求的領(lǐng)域，例如工廠(chǎng)自動(dòng)化和維護，醫療，航天等領(lǐng)域中，FRAM RFID能夠突破一切性能限制，實(shí)現EEPROM RFID所不能實(shí)現的功能。

在工廠(chǎng)自動(dòng)化和維護的應用中，在制造組裝生產(chǎn)線(xiàn)上的歷史數據、手冊、零件信息等都可以被寫(xiě)進(jìn)FRAM RFID標簽，從而縮短了讀取時(shí)間，使生產(chǎn)線(xiàn)構成更加高效性。如下圖3所示為富士通半導體的FRAM RFID標簽用于工廠(chǎng)自動(dòng)化和維護中的一個(gè)實(shí)例。將零件的維護信息和操作歷史數據記錄在標簽內，可以飛躍性的提高飛機、基礎設施、土木等維護操作的工作效率。

圖3. FRAM RFID應用于工廠(chǎng)自動(dòng)化和維護。

“如果要把生產(chǎn)線(xiàn)、流水線(xiàn)變快，那么RFID讀取速度也要變快。富士通半導體的118C就成功的運用在這樣的領(lǐng)域。”蔡振宇表示。例如下圖4所示的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)，其每年的生產(chǎn)量之所以都會(huì )提升，是因為在整個(gè)汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中使用了FRAM RFID。

圖4. 在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上采用FRAMRFID標簽，提高生產(chǎn)效率。

而對于醫療和制藥領(lǐng)域，最重要的是FRAM技術(shù)可以抵抗輻射。美國和歐洲的國家會(huì )有很多接觸到醫療器械的地方，需要經(jīng)過(guò)伽瑪放射性消毒，FRAM對輻射有很強的耐受性?；贔RAM的RFID可輕松通過(guò)標準醫療滅菌過(guò)程，而基于EEPROM的RFID在這一過(guò)程中信息會(huì )被破壞。

“從目前的情況來(lái)看，原來(lái)是美國和歐洲在這方面的應用需求比較多，如今我們慢慢地看到，中國的醫院和中國客戶(hù)也提出此類(lèi)需求。目前市場(chǎng)上只有我們的FRAM的RFID能夠滿(mǎn)足這些需求。”蔡振宇表示。

FRAM RFID非常適合用于諸如手術(shù)臺的追溯、藥劑盒子、類(lèi)似于穿刺、血透的管子等中。如下圖5所示為FRAM RFID標簽應用于血透管子的一個(gè)例子，可以耐受一定的伽瑪射線(xiàn)。而下圖6是FRAM RFID用作醫藥標簽的實(shí)例。

圖5. FRAMRFID用作Gamma Tag。

圖6. FRAM RFID用作醫藥標簽

此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地，如果您要追溯運輸途中每一個(gè)結點(diǎn)溫度的變化，如何保證整個(gè)運輸途中都能在這個(gè)溫度以下？就需要在整個(gè)車(chē)箱里加一個(gè)RFID的模塊，實(shí)時(shí)把數據傳到接收端，客戶(hù)讀一下就可以看出一小時(shí)運輸范圍內有沒(méi)有超過(guò)溫度系數、溫度范圍，擁有SPI接口的RFID可以實(shí)現這樣的應用。

蔡振宇最后指出：“為了更好的在技術(shù)上支持廣大工程師的系統設計，富士通半導體還提供FRAM RFID開(kāi)發(fā)板，以使得工程師可以更好的了解FRAM RFID的性能及應用，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。有需要的朋友可以聯(lián)系我們。”富士通半導體FRAM RFID開(kāi)發(fā)套件如下圖7所示。

圖7. 富士通半導體FRAMRFID開(kāi)發(fā)套件