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富士通：鐵電存儲(chǔ)器為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用加油

2015-03-09 21:08:22 本站原創(chuàng)

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鐵電存儲(chǔ)器大家并不陌生，它的工作原理是在兩個(gè)電極之間加入一層特殊的膜層——PZT晶體，鋯鈦酸鉛。當(dāng)加入電場(chǎng)時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的鋯鈦離子就會(huì)上下移動(dòng)，從而形成0或1的狀態(tài)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的記錄，最重要的是，當(dāng)電場(chǎng)離開后，離子的位置保持不動(dòng)，這也就保持了數(shù)據(jù)的記錄狀態(tài)。

圖1：鐵電存儲(chǔ)器工作原理

基于上述的存儲(chǔ)原理，鐵電存儲(chǔ)器FRAM相比于目前主流存儲(chǔ)器如E2PROM、FLASH、SRAM具有很多顯著優(yōu)點(diǎn)：它的讀寫速度比E2PROM快四萬(wàn)倍，讀寫壽命是E2PROM的一百萬(wàn)倍，工作電流僅10uA，節(jié)能，此外，它還有一個(gè)獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，就是抗輻射能力強(qiáng)。這些優(yōu)點(diǎn)使得它非常適合物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用，比如在工廠自動(dòng)化、物流運(yùn)輸、醫(yī)療器械追蹤等應(yīng)用中各種信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和頻繁的記錄。

如此看來(lái)，如何將FRAM更好地應(yīng)用在各種市場(chǎng)中，充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)更為關(guān)鍵。富士通公司近年來(lái)一直專注于FRAM的研發(fā)和市場(chǎng)應(yīng)用的拓展，在2015易維訊的媒體論壇上，富士通半導(dǎo)體上海有限公司的市場(chǎng)部經(jīng)理蔡振宇分享了很多富士通在FRAM應(yīng)用方面的創(chuàng)新。

富士通FRAM業(yè)務(wù)主要分為三大部分，一是FRAM本體產(chǎn)品，二是FRAM應(yīng)用于RFID的產(chǎn)品，三是FRAM應(yīng)用于認(rèn)證的芯片。富士通FRAM本體產(chǎn)品線主要按照接口標(biāo)準(zhǔn)分I2C、SPI和并行三大產(chǎn)品線，已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品存儲(chǔ)密度從4K至4M都有。今年下半年會(huì)發(fā)布QSPI的產(chǎn)品，其存儲(chǔ)速度將大大提高，封裝小，節(jié)能，成本低。

目前市場(chǎng)上常用的RFID內(nèi)嵌存儲(chǔ)器是E2PROM，富士通用FRAM取代RFID內(nèi)嵌的E2PROM，可以獲得很多優(yōu)點(diǎn)。它的讀寫速度更快，抗輻射能力非常強(qiáng)，讀寫壽命更高，此外它的讀寫的距離也一致。富士通用于RFID的內(nèi)嵌FRAM存儲(chǔ)密度從256bit到2Kbit、8Kbit，最高可達(dá)64Kbit，而基于E2PROM的RFID存儲(chǔ)密度從128bit到512bit，最高只有8Kbit。

基于FRAM的RFID可應(yīng)用于工廠自動(dòng)化維護(hù)、醫(yī)療醫(yī)藥、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)要求大容量存儲(chǔ)、快速讀寫，并且抗干擾的領(lǐng)域。在工廠自動(dòng)化維護(hù)方面的應(yīng)用實(shí)例有大眾汽車的生產(chǎn)線，每年需要提升產(chǎn)量，要求它的零件的RFID的讀取速度也要加快，因此FRAM RFID可以滿足他們的要求。還有波音飛機(jī)公司，每年需要定時(shí)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行檢修，需要通過(guò)RFID獲得零件以往的維修記錄和狀態(tài)，以便于進(jìn)行合理的檢修和維護(hù)。

圖2：FRAM RFID的應(yīng)用

在醫(yī)療和醫(yī)藥領(lǐng)域，對(duì)于手術(shù)臺(tái)的追溯，藥劑盒的跟蹤，各種血液透析管的管理也需要RFID來(lái)進(jìn)行記錄，這些設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)伽馬射線消毒，基于FRAM的RFID的抗輻射能力經(jīng)消毒后仍能準(zhǔn)確的記錄數(shù)據(jù)。這種需求過(guò)去主要產(chǎn)生在美國(guó)和歐洲的醫(yī)療市場(chǎng)，現(xiàn)在中國(guó)的醫(yī)療市場(chǎng)也開始產(chǎn)生大量的需求。

在物流運(yùn)輸方面，中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)潛力也非常大。一個(gè)具體的例子是用于冷鏈運(yùn)輸控制，杭州一家客戶需要運(yùn)輸一批疫苗，要求記錄整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中的溫度。過(guò)去，他們是通過(guò)在車廂內(nèi)安裝Wi-Fi節(jié)點(diǎn)，到目的地后再讀取數(shù)據(jù)，整個(gè)花費(fèi)要100多人民幣?，F(xiàn)在只需用一個(gè)簡(jiǎn)單的MCU加上溫度傳感器和基于FRAM的RFID模塊，讀取RFID上的數(shù)據(jù)即可，成本可節(jié)省一半。

基于FRAM的認(rèn)證芯片，其架構(gòu)是FRAM外加I2C通信控制和AES128加密算法。通用驗(yàn)證芯片的使用原理是在主機(jī)和外設(shè)各安裝一個(gè)驗(yàn)證芯片，并且在出廠時(shí)就在芯片內(nèi)預(yù)設(shè)了密碼信息，當(dāng)主機(jī)的MCU向驗(yàn)證芯片發(fā)送隨機(jī)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證芯片接受該數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算并加密后，對(duì)MCU響應(yīng)，MCU對(duì)來(lái)自主機(jī)和外設(shè)的各個(gè)驗(yàn)證芯片的響應(yīng)值進(jìn)行驗(yàn)證，正確的話，判斷為驗(yàn)證成功。一個(gè)典型的應(yīng)用就是打印機(jī)和墨盒，在打印機(jī)和各個(gè)墨盒上都安裝驗(yàn)證芯片，預(yù)設(shè)密碼，如果不是來(lái)自原廠的墨盒，就無(wú)法通過(guò)驗(yàn)證，這樣可以很好地保護(hù)正版和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

圖3：FRAM驗(yàn)證芯片原理

還有一個(gè)中國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用案例是一家做有線內(nèi)窺鏡的廠商，希望他的內(nèi)窺鏡轉(zhuǎn)換頭必須與內(nèi)窺鏡的鏡片相匹配，應(yīng)用富士通的FRAM驗(yàn)證芯片正好可以解決這個(gè)問題?？梢钥吹剑芏鄳?yīng)用用芯片方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不難，關(guān)鍵的是找到和發(fā)現(xiàn)這些潛在的應(yīng)用。

基于FRAM的技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域里已經(jīng)找到了很多應(yīng)用場(chǎng)景，隨著其成本的不斷下降，一定可以成為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上必不可少的重要一環(huán)。