到目前為止，富士通半導體已經(jīng)開發(fā)出了高頻段(13.6MHz)和超高頻段(860 MHz到960 MHz)RFID LSI產(chǎn)品。這些產(chǎn)品最重要的特點就是它們內(nèi)嵌FRAM。由于擦寫速度快、耐擦寫次數(shù)高，它們已經(jīng)作為數(shù)據(jù)載體型被動RFID LSI而被全世界廣泛采用。
大存儲數(shù)據(jù)載體的優(yōu)勢就是RFID可以記錄可追溯數(shù)據(jù)，如制造數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等，因此它可用于各種資產(chǎn)、產(chǎn)品和零部件的管理。由于大存儲數(shù)據(jù)載體具有這些優(yōu)勢，人們希望進一步利用FRAM RFID來連接傳感器等設(shè)備。
基于這些市場需求，我們開發(fā)出了一種帶有串行接口的技術(shù);超高頻段RIFD LSI上的串行外圍接口(SPI)。
FRAM FRID LSI的附加值
FRAM是一種非易失性存儲器，使用鐵電材料作為數(shù)據(jù)載體，結(jié)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，電擦除可編程只讀存儲器(E2PROM)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是當數(shù)據(jù)被寫入時，E2PROM需要內(nèi)部升壓電壓，因為數(shù)據(jù)存儲的原則就是要看是否帶有電子電荷，所以它的寫入速度非常慢(需要數(shù)毫秒)，耐擦寫次數(shù)也僅限于10萬次。因此，大部分基于E2PROM的RFID LSI都是小存儲容量產(chǎn)品，只適合讀，不適合寫。
相比較而言，F(xiàn)RAM在寫和讀方面的性能一樣好，因為二者的原則一樣。FRAM本身的擦寫速度是100納秒，耐讀/寫次數(shù)是100億次。這就是FRAM RFID為什么可以作為數(shù)據(jù)載體提供大存儲容量的原因。
存儲容量大、擦寫速度快的RFID的最重要的優(yōu)勢在于，它可以在自己的存儲器上記錄數(shù)據(jù)，由此可以將數(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)的E2PROM RFID在很多情況下都采用集中管理的方式，在這種模式下，數(shù)據(jù)存在了服務(wù)器端，需要與標簽本身的ID相關(guān)聯(lián)。而FRAM RFID可以實現(xiàn)分散數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)可以存在標簽上，由此減輕了服務(wù)器的載荷。這種方式尤其適合工廠自動化(FA)和維修領(lǐng)域中的生產(chǎn)歷史管理。在工廠自動化領(lǐng)域中，有數(shù)百個流程都需要經(jīng)常寫入數(shù)據(jù);在維修領(lǐng)域中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)確認時也需要經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)，如維修歷史、零部件信息等，這樣就不需要詢問數(shù)據(jù)服務(wù)器。
FRAM的另一個主要特點，就是在防輻射方面明顯優(yōu)于E2PROM。例如，在醫(yī)療設(shè)備和包裝、食品或者亞麻布的伽瑪射線滅菌過程中，存在E2PROM中的數(shù)據(jù)會受到放射線的嚴重影響，因為它的數(shù)據(jù)存儲采用的是電子電荷。而存在FRAM中的數(shù)據(jù)在高達45kGy的放射水平下仍然不會受到影響。
在RFID LSI上內(nèi)置串行接口
FRAM RFID LSI上已經(jīng)內(nèi)置了串行接口，為作為數(shù)據(jù)載體的RFID提供了額外的功能。這種配置的主要特點就是，對于同一個FRAM存儲區(qū)來說，既可以從串行接口進入，也可以從RF接口進入。
通過串行接口與微控制器(以下將“微控制器”簡稱為“MCU”)相連后，F(xiàn)RAM可以作為MCU的外部存儲，并通過RF接口進入。因此，RFID閱讀器就可以閱讀MCU寫過的存儲數(shù)據(jù)，而對于MCU來說，就可以閱讀參數(shù)數(shù)據(jù)，如通過RF接口編寫的運行環(huán)境。
例如，我們可以假設(shè)傳感器與MCU相連，那么就可以將RFID看作是一種傳感器標簽。在這種情況下，MCU會定期監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)，然后寫入FRAM存儲器，過段時間后，就可以通過RF接口讀取所收集的可追溯數(shù)據(jù)。同時，也可將RFID看作MCU的參數(shù)存儲器。在這種情況下，MCU就是存在指定存儲區(qū)的一些參數(shù)，存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)可以通過RF接口改寫，然后MCU就會改變間隔獲取傳感器數(shù)據(jù)，或者更改閃光燈的條件進行告知。就RFID和傳感器之間的結(jié)合而言，有源標簽也是個眾所周知的解決方案。但是有源標簽只是一種單向通訊模式，它沒有可供RF閱讀器日后讀取數(shù)據(jù)的存儲器。因此有源標簽不能作為數(shù)據(jù)載體記錄可追溯數(shù)據(jù)。
另一方面，F(xiàn)RAM RFID由于存儲容量大，能夠記錄可追溯數(shù)據(jù)，標簽不在RF區(qū)域時也可通過串行接口記錄數(shù)據(jù)。
除了傳感應(yīng)用外，內(nèi)置串行接口的RFID在理論上可以與受MCU控制的各種應(yīng)用相連接。
實際應(yīng)用可能包括對工廠設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，比如壓力、流量等，或者游戲機、醫(yī)療設(shè)備等的歷史數(shù)據(jù)記錄。就目前掌握的信息來看，這些應(yīng)用中，有些通過現(xiàn)有的技術(shù)(如非接觸式智能卡)就已經(jīng)達到了應(yīng)用要求，有些采用了我們的技術(shù)后在存儲容量、傳輸速度等方面還沒達到要求。
但是我們希望通過這一技術(shù)能發(fā)現(xiàn)RFID新的用途和應(yīng)用，并能將該技術(shù)做進一步的測試，從而實現(xiàn)更多構(gòu)想。
