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在RFID中嵌入FRAM 打破传统RFID标签的一系列限制

元器件交易网讯 开车的朋友可能会有这样的经历,当您经过高速公里收费站时,您的交通收费卡在进站和出站时偶尔会无法读取,原因是您的交通卡使用的频率比较高,超过了它的读写次数。目前,这些交通卡大部分是采用内嵌EEPROM的RFID制作的,而如果将智能交通卡中的EEPROM换成FRAM,问题就迎刃而解了。

“采用FRAM 的RFID的读写次数可以达到1012,而采用EEPROM 的RFID的读写次数最多只有一百万次,这就是为何高速收费处偶尔会出现数据读不出的问题。”富士通半导体(上海)有限公司市场部高级经理蔡振宇指出:“在RFID中嵌入FRAM,能够打破传统采用EEPROM的RFID标签的一系列性能限制,解决很多应用难题。”

在RFID中嵌入FRAM,实现突破性优势

富士通半导体内嵌FRAM的RFID产品相比其单体FRAM产品是比较新的,而市场上常用的RFID产品嵌入的是EEPROM。与内嵌EEPROM的RFID产品相比,内嵌FRAM的RFID不只读写速度快很多,并且其抗辐射性比EEPROM高出不止一个数量级。下图1所示为FRAM RFID 和EEPROM RFID的性能对比。

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图1. FRAM RFID vs EEPROM RFID。

FRAM是一种非易失性存储器,使用铁电材料作为数据载体,结合了随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的优势。作为用在RFID中的非易失性存储器, EEPROM已经得到广泛应用,但是当数据被写入时,EEPROM需要内部升压电压,因为数据存储的原则就是要看是否带有电子电荷,所以它的写入速度较慢慢(需要数毫秒),耐擦写次数也仅限于10万次左右。因此,大部分基于EEPROM的RFID都是小存储容量产品,只适合读,不适合写。

比较而言,FRAM RFID数据写入时间非常快。例如,以写入数据为例,采用EEPROM的RFID需要有6msec的时间来等待回应,而采用FRAM的RFID仅需要100usec。并且,FRAM在写和读方面的性能一样好,因为二者的原则一样。

FRAM的另一个主要特点,就是在防辐射方面明显优于EEPROM。例如,在医疗设备和包装、食品或者亚麻布的伽玛射线灭菌过程中,存在于 EEPROM中的数据会受到放射线的严重影响,因为它的数据存储采用的是电子电荷。而存在于FRAM中的数据在高放射水平下仍然不会受到影响。

在FRAM RFID中加入SPI串行接口,扩展应用领域

到目前为止,富士通半导体已经开发出了适合各类应用的FRAM RFID产品,覆盖了HF(高频:13.56MHz)和UHF(超高频:860至960MHz)。如下图2所示为富士通半导体FRAM RFID产品线。这些FRAM RFID可广泛应用于工业、医疗、航空等领域。

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图2.  富士通半导体FRAM RFID产品线。

“和目前常用的EEPROM RFID相比,FRAM RFID的容量会更大。市面上比较多的RFID产品都是128b或是512b,而客户有往里面存储更多信息的需求。”蔡振宇表示:“目前我们的FRAM RFID的容量最大可以做到64KB。此外,富士通半导体还推出了带有SPI串行接口的FRAM RFID产品,这将为FRAM RFID增添新的附加价值。”

RFID起初被用作可由RFID阅读器读取的ID存储。富士通半导体将FRAM用在了RFID上,由于FRAM擦写速度快、耐擦写次数高而实现了大容量存储的数据载体标签。如今,内置的串行接口可将传感器与RFID连接在一起,从而丰富了RFID应用。

大存储数据载体的优势就是RFID可以记录可追溯数据,如制造数据、生产数据、物流数据、维护数据等,因此它可用于各种资产、产品和零部件的管理。基于这些市场需求,富士通半导体开发出了带有SPI接口的FRAM RFID产品。

这种配置的主要特点就是,对于同一个FRAM存储区来说,既可以从串行接口进入,也可以从RF接口进入。除了传感应用外,内置串行接口的RFID在理论上可以与受MCU控制的各种应用相连接。

FRAM RFID创新应用案例

FRAM为RFID注入了新的活力,尤其是在传统EEPROM RFID不能满足应用需求的领域,例如工厂自动化和维护、医疗、航天等领域中,FRAM RFID能够突破一切性能限制,实现EEPROM RFID所不能实现的功能。

在工厂自动化和维护的应用中,在制造组装生产线上的历史数据、手册、零件信息等都可以被写进FRAM RFID标签,从而缩短了读取时间,使生产线构成更加高效性。如下图3所示为富士通半导体的FRAM RFID标签用于工厂自动化和维护中的一个实例。将零件的维护信息和操作历史数据记录在标签内,可以飞跃性地提高飞机、基础设施、土木等维护操作的工作效率。

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图3. FRAM RFID应用于工厂自动化和维护。

“如果要把生产线、流水线变快,那么RFID读取速度也要变快。富士通半导体的118C就已成功地运用在这样的领域。” 蔡振宇表示。例如下图4所示的汽车生产线,其每年的生产量之所以都会提升,是因为在整个汽车生产过程中使用了FRAM RFID。

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图4. 在汽车生产线上采用FRAM RFID标签,提高生产效率。

而对于医疗和制药领域,最重要的是FRAM技术可以抵抗辐射。美国和欧洲的国家会有很多接触到医疗器械的地方,需要经过伽玛放射性消毒,FRAM对辐射有很强的耐受性。基于FRAM的RFID可轻松通过标准医疗灭菌过程,而基于EEPROM的RFID在这一过程中信息会被破坏。

“从目前的情况来看,以前是美国和欧洲在这方面的应用需求比较多,如今我们慢慢地看到,中国的医院和中国客户也提出此类需求。目前市场上只有我们的FRAM的RFID能够满足这些需求。”蔡振宇表示。

FRAM RFID非常适合用于诸如手术台的追溯、药剂盒子、类似于穿刺、血透的管子等应用中。如下图5所示为FRAM RFID标签应用于血透管子的一个例子,可以耐受一定的伽玛射线。而下图6是FRAM RFID用作医药标签的实例。

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图5. FRAM RFID用作Gamma Tag。

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图6. FRAM RFID用作医药标签

此外,冷链控制也是FRAM RFID的用武之地,如果您要追溯运输途中每一个结点温度的变化,如何保证整个运输途中都能在这个温度以下?就需要在整个车箱里加装一个RFID的模块,实时把数据传到接收端,客户读一下就可以看出一小时运输范围内有没有超过温度系数、温度范围,拥有SPI接口的RFID可以实现这样的应用。

蔡振宇最后指出:“为了更好的在技术上支持广大工程师的系统设计,富士通半导体还提供FRAM RFID开发板,以使得工程师可以更好的了解FRAM RFID的性能及应用,缩短产品上市时间。有需要的朋友可以联系我们。”富士通半导体FRAM RFID开发套件如下图7所示。 

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图7. 富士通半导体FRAM RFID开发套件

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责任编辑:常慧思