在bfrdmc中嵌入FRAM,打破传统bfrdmc标签的一系列限制
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bfrdmc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bfrdmc的读写次数可以达到1012,而采用EEPROM 的bfrdmc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bfrdmc中嵌入FRAM,能够打破传统采用EEPROM的bfrdmc标签的一系列性能限制,解决很多应用难题。”
在bfrdmc中嵌入FRAM,实现突破性优势
富士通半导体内嵌FRAM的bfrdmc产品相比其单体FRAM产品是比较新的,而市场上常用的bfrdmc产品嵌入的是EEPROM。与内嵌EEPROM的bfrdmc产品相比,内嵌FRAM的bfrdmc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 bfrdmc 和EEPROM bfrdmc的性能对比。
图1. FRAM bfrdmc vs EEPROM bfrdmc。
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bfrdmc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bfrdmc都是小存储容量产品,只适合读,不适合写。
比较而言,FRAM bfrdmc数据写入时间非常快。例如,以写入数据为例,采用EEPROM的bfrdmc需要有6msec的时间来等待回应,而采用FRAM的bfrdmc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 bfrdmc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 bfrdmc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 bfrdmc产品线。这些FRAM bfrdmc可广泛应用于工业、医疗、航空等领域。
图2. 富士通半导体FRAM bfrdmc产品线。
“和目前常用的EEPROM bfrdmc相比,FRAM bfrdmc的容量会更大。市面上比较多的bfrdmc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 bfrdmc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 bfrdmc产品,这将为FRAM bfrdmc增添新的附加价值。”
bfrdmc起初被用作可由bfrdmc阅读器读取的ID存储。富士通半导体将FRAM用在了bfrdmc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bfrdmc连接在一起,从而丰富了bfrdmc应用。
大存储数据载体的优势就是bfrdmc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 bfrdmc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bfrdmc在理论上可以与受MCU控制的各种应用相连接。
FRAM bfrdmc创新应用案例
FRAM为bfrdmc注入了新的活力,尤其是在传统EEPROM bfrdmc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 bfrdmc能够突破一切性能限制,实现EEPROM bfrdmc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 bfrdmc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 bfrdmc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。
图3. FRAM bfrdmc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bfrdmc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 bfrdmc。
图4. 在汽车生产线上采用FRAM bfrdmc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bfrdmc可轻松通过标准医疗灭菌过程,而基于EEPROM的bfrdmc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bfrdmc能够满足这些需求。”蔡振宇表示。
FRAM bfrdmc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 bfrdmc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 bfrdmc用作医药标签的实例。
图5. FRAM bfrdmc用作Gamma Tag。
图6. FRAM bfrdmc用作医药标签
此外,冷链控制也是FRAM bfrdmc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bfrdmc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bfrdmc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 bfrdmc开发板,以使得工程师可以更好的了解FRAM bfrdmc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 bfrdmc开发套件如下图7所示。
图7. 富士通半导体FRAM bfrdmc开发套件