目前，富士通(Fujitsu)已經(jīng)開發(fā)高頻13.6MHz及超高頻段860～960MHz RFID大規(guī)模集成電路(LSI)(圖1)產(chǎn)品，此產(chǎn)品最大特點(diǎn)在于已內(nèi)嵌FRAM并擁有擦寫速度快、耐擦寫次數(shù)高等特性，已被廣泛采用作為資料載體型的被動(dòng)RFID LSI。    

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(chǔ)存數(shù)據(jù)載體優(yōu)勢(shì)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(hù)數(shù)據(jù)等，因此可應(yīng)用于各種資產(chǎn)、產(chǎn)品和零組件管理。由于大型儲(chǔ)存數(shù)據(jù)載體具有此項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而衍生希望能運(yùn)用FRAM RFID來(lái)連接感測(cè)器等設(shè)備的市場(chǎng)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(fù)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(chǔ)器(ROM)優(yōu)勢(shì)。電擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)作為用于RFID內(nèi)部非揮發(fā)性內(nèi)存，已廣泛應(yīng)用于各方面，但當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)儲(chǔ)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(wàn)次。因此，大部分以EEPROM為基礎(chǔ)的RFID LSI都是小型儲(chǔ)存容量產(chǎn)品，只適合讀不適合寫。相對(duì)而言，F(xiàn)RAM在相同數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(chǔ)存容量的主因。   

儲(chǔ)存容量大、擦寫速度快的RFID，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)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(wù)器端，需要與標(biāo)簽本身的ID相關(guān)聯(lián)。而FRAM RFID因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)分散數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)可以存在標(biāo)簽上，因此可減輕服務(wù)器承載負(fù)荷，此方式尤其適合工廠自動(dòng)化和維修領(lǐng)域中的生產(chǎn)歷史管理，因?yàn)樵诠S自動(dòng)化領(lǐng)域中，有數(shù)百道流程須經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)；在維修領(lǐng)域中，現(xiàn)場(chǎng)資料確認(rèn)時(shí)也須經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)如維修歷史、零組件信息等，透過(guò)FRAM RFID將不須再詢問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器。   

FRAM RFID另一個(gè)主要特點(diǎn)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(shè)備、包裝、食品或亞麻布伽瑪射線滅菌過(guò)程中，數(shù)據(jù)存在EEPROM中會(huì)受到放射線嚴(yán)重影響，因?yàn)槠鋬?chǔ)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(dá)45千格雷(kGy)放射水平下仍不會(huì)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(duì)同區(qū)塊FRAM增加多種儲(chǔ)存區(qū)途徑，既可從序列介面進(jìn)入也可從射頻(RF)界面進(jìn)入；而透過(guò)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?jī)?chǔ)存，并透過(guò)RF接口進(jìn)入，因此，RFID閱讀器可以閱讀MCU已寫入的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，而對(duì)于MCU也可以閱讀參數(shù)數(shù)據(jù)如透過(guò)RF接口編寫運(yùn)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(shè)感測(cè)器與MCU相連，便可將RFID當(dāng)作一種感測(cè)器標(biāo)簽。在此情況下，MCU會(huì)定期監(jiān)測(cè)感測(cè)器數(shù)據(jù)并寫入FRAM內(nèi)存，在寫入完成后，可透過(guò)RF接口讀取所收集的可追溯數(shù)據(jù)，同時(shí)也將RFID應(yīng)用于MCU參數(shù)內(nèi)存。在此情況下，MCU為存在指定儲(chǔ)存區(qū)的部分參數(shù)，儲(chǔ)存區(qū)中的數(shù)據(jù)可透過(guò)RF接口改寫，而MCU會(huì)改變間隔以獲取感測(cè)器數(shù)據(jù)或者更改閃光燈條件進(jìn)行告知。就RFID和感測(cè)器結(jié)合而言，源標(biāo)簽(Source Tagging)解決方案也被廣泛運(yùn)用，但源標(biāo)簽為一種單向通訊模式，并沒(méi)有設(shè)置可供RF閱讀器日后讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存，因此源標(biāo)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(chǔ)存容量大，能夠記錄可追溯數(shù)據(jù)，標(biāo)簽不在RF區(qū)域時(shí)也可透過(guò)序列介面記錄數(shù)據(jù)。除了感測(cè)應(yīng)用，內(nèi)建序列介面的RFID在理論上可與受MCU控制的各種應(yīng)用相連接。   

而實(shí)際應(yīng)用方面(圖3)可包括對(duì)工廠設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)如壓力、流量等或者游戲機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等歷史數(shù)據(jù)記錄；據(jù)了解，此類應(yīng)用中部分設(shè)備透過(guò)現(xiàn)有技術(shù)如非觸控式智能卡已達(dá)應(yīng)用需求，但某部份設(shè)備在采用此技術(shù)后，于儲(chǔ)存容量、傳輸速度等方面仍無(wú)法滿足需求，希望未來(lái)透過(guò)新技術(shù)突破，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)RFID新用途和應(yīng)用，并能將該技術(shù)做進(jìn)一步測(cè)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更多構(gòu)想。

  

圖3 數(shù)據(jù)源：富士通半導(dǎo)體

FRAM RFID應(yīng)用實(shí)例 

序列介面兩大難題尚待突破  

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

但無(wú)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(yùn)用于機(jī)器或儀器嵌入式應(yīng)用，因?yàn)樵擁?xiàng)應(yīng)用相對(duì)而言能提供穩(wěn)定電源，但如果標(biāo)簽被固定地安裝或依附在可移動(dòng)式資產(chǎn)或物體上，電池管理就會(huì)成為一大問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)電池壽命結(jié)束時(shí)，將無(wú)法直接更換其電池。   

因此，根據(jù)使用環(huán)境評(píng)估進(jìn)一步電池壽命顯得更為重要，建議可以考慮某些充電設(shè)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(guò)程中能夠充電，在理論上應(yīng)該是不錯(cuò)的選擇，但是此選項(xiàng)卻不實(shí)用，因?yàn)橥ㄓ嵕嚯x會(huì)受到嚴(yán)重的破壞。   

而關(guān)于通訊距離難題，眾所周知，阻抗匹配對(duì)于超高頻段至關(guān)重要，因?yàn)樗鼤?huì)決定通訊效能，因此必須考慮阻抗匹配會(huì)因?yàn)橥高^(guò)序列介面連接各種LSI及組件或因?yàn)榘惭b在電路板上而受到嚴(yán)重影響。綜合上述情況，如果使用序列介面與傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽相比，天線設(shè)計(jì)將會(huì)更加復(fù)雜。   

由于RFID具備射頻識(shí)別功能，因此起初被用作可由RFID閱讀器讀取的ID儲(chǔ)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(jìn)而達(dá)成大容量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)載體標(biāo)簽。如今，內(nèi)建序列介面的RFID已增加一項(xiàng)新功能，此功能為即使標(biāo)簽不在RF區(qū)域，也可透過(guò)MCU從感測(cè)器等設(shè)備上記錄可追溯數(shù)據(jù)，并可在日后透過(guò)RF讀取數(shù)據(jù)，具有高度便利性。   

盡管在FRAM RFID實(shí)際應(yīng)用中仍有困難尚待克服，但目前已可透過(guò)樣品對(duì)此一功能進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新可能性，畢竟透過(guò)持續(xù)與客戶進(jìn)行評(píng)估和探討才會(huì)改進(jìn)LSI規(guī)格問(wèn)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(jìn)產(chǎn)品應(yīng)用。