“多、快、省”，F(xiàn)RAM以領(lǐng)先特性解決應(yīng)用瓶頸、促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新

在海量的固態(tài)存儲技術(shù)已經(jīng)非常廣泛應(yīng)用、云存儲正在盛行的今天，還有一種KB、MB量級的存儲技術(shù)大賣，并且在物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療電子、消費(fèi)電子、工業(yè)電子……幾乎所有的行業(yè)中無處不在。這種存儲技術(shù)就是鐵電存儲器(FRAM)。在近日于深圳舉辦的易維訊年度中國ICT媒體論壇上，富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場部經(jīng)理蔡振宇分享了FRAM產(chǎn)品在應(yīng)用中的獨(dú)特技術(shù)特性優(yōu)勢，特別是FRAM RFID和認(rèn)證FRAM方面眾多的創(chuàng)新應(yīng)用案例對電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有很好的創(chuàng)新啟發(fā)，受到與會嘉賓的關(guān)注。

圖1. 富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場部經(jīng)理蔡振宇發(fā)表“FRAM為您系統(tǒng)創(chuàng)新而生”主題演講。

DEMO演示FRAM 特性——“多、快、省”

擁有15年FRAM量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的富士通半導(dǎo)體，已經(jīng)走在技術(shù)與市場的前列。而我們將從一個現(xiàn)場Demo演示開始，為您呈現(xiàn)FRAM的性能優(yōu)勢。如下圖2所示，為富士通半導(dǎo)體的FRAM和EEPROM性能對比Demo演示圖。

圖2. 富士通半導(dǎo)體FRAM和EEPROM性能對比Demo演示。

演示本身并不復(fù)雜，一個照相機(jī)實(shí)時拍一張照片，然后將照片分別存儲到EEPROM和FRAM中，直觀的比較圖像數(shù)據(jù)寫入過程中EEPROM和FRAM的性能差異。在此演示中，采用并口傳輸數(shù)據(jù)，F(xiàn)RAM大概用了0.19秒存儲數(shù)據(jù)，而EEPROM大概用了6.23秒;FRAM存儲數(shù)據(jù)的比特率約為808kB/s，而EEPROM存儲數(shù)據(jù)的比特率約為24kB/s;功耗方面，F(xiàn)RAM約為0.4mWs,而EEPROM約為61.7mWs。FRAM的快速讀寫和超低功耗特性顯而易見。

“‘多’、‘快’、‘省’可以形象的概括出FRAM的特點(diǎn)。‘多’指的是FRAM的高讀寫耐久性(1萬億次)的特點(diǎn)，可以頻繁記錄操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài);‘快’指的是FRAM的高速燒寫(是EEPROM的40000倍)特性，這可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)者解決突然斷電數(shù)據(jù)丟失的問題;‘省’指的是FRAM超低功耗(是EEPROM的1/1,000)特性，特別是寫入時無需升壓。” 蔡振宇指出。

FRAM除了和EEPROM相比具有明顯優(yōu)勢外，其相比其他的存儲器，如FLASH和SRAM，也在性能上更勝一籌，如下圖3所示，為其性能比較。

圖3. FRAM與其它存儲器的比較。

寬泛的FRAM產(chǎn)品線——涵蓋SPI、IIC、并行接口，容量向16Mb邁進(jìn)

由于掌握著從FRAM的研發(fā)、設(shè)計(jì)到量產(chǎn)及封裝的整個流程，加上多年的經(jīng)驗(yàn)，富士通半導(dǎo)體因而能始終保證FRAM產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定供應(yīng)。“我們的FRAM產(chǎn)品線相當(dāng)寬泛，容量從4Kb到4Mb，涵蓋SPI和I2C串行接口、并行接口。未來富士通半導(dǎo)體還會不斷推出更多新品，逐步實(shí)現(xiàn)大容量化。我們已經(jīng)在著手研發(fā)8Mb、16Mb的產(chǎn)品。”蔡振宇透露。

圖4. FRAM單體存儲器產(chǎn)品線。

在通訊速度方面，I2C接口能夠達(dá)到1MHz，SPI接口最快達(dá)到50MHz。“而在SPI接口的基礎(chǔ)上，我們今年后半年會推出QSPI的接口，這樣整個通訊速率就會達(dá)到和并口相當(dāng)?shù)臄?shù)量級，這給客戶帶來很多好處。” 蔡振宇指出，“QSPI只有16到20個引腳，而并口要至少40個引腳，并且QSPI可以達(dá)到和并口同樣的速率，對客戶而言就意味著能夠節(jié)省一些功耗和產(chǎn)品成本。”

據(jù)悉，采用串行接口的FRAM可以替代EEPROM或串行閃存，而采用并行接口的FRAM產(chǎn)品可以代替低功耗SRAM或PSRAM (Pseudo SRAM)。在封裝方面，目前FRAM基本可以直接替換EEPROM，F(xiàn)RAM的封裝和EEPROM的封裝是完全兼容的。

據(jù)悉，富士通半導(dǎo)體的FRAM最開始是以日本國內(nèi)應(yīng)用為主，后來逐漸拓展至醫(yī)療、智能儀表、工業(yè)自動化設(shè)備等多元化應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在，富士通半導(dǎo)體的FRAM主要包括三大類(單體FRAM、RFID和內(nèi)嵌FRAM的認(rèn)證芯片)，在很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了批量應(yīng)用，并促成了大量的創(chuàng)新應(yīng)用案例。

技術(shù)優(yōu)勢解決系列應(yīng)用瓶頸

富士通半導(dǎo)體內(nèi)嵌FRAM的RFID產(chǎn)品相比其單體FRAM產(chǎn)品是比較新的，而市場上常用的RFID產(chǎn)品嵌入的是EEPROM。與內(nèi)嵌EEPROM的RFID產(chǎn)品相比，內(nèi)嵌FRAM的RFID讀寫速度快很多，并且其抗輻射性比EEPROM高出不止一個數(shù)量級。如下圖5所示為FRAM RFID產(chǎn)品線。

圖5. FRAM RFID產(chǎn)品線。

“和目前常用的EEPROM RFID相比，F(xiàn)RAM RFID的容量會更大。市面上比較多的RFID產(chǎn)品都是128b或是512b，而客戶有往里面存儲更多信息的需求.”蔡振宇表示。

圖6. FRAM RFID創(chuàng)新應(yīng)用

FRAM RFID的讀寫次數(shù)是1012，EEPROM RFID最多只有一百萬次，這在某些應(yīng)用場合下使用可能會有問題，例如高速收費(fèi)。“開車的朋友可能會有這樣的經(jīng)歷，在經(jīng)過有些高速公里的收費(fèi)站的時候，您的交通收費(fèi)卡在進(jìn)站和出站的時候會無法讀取，原因是您的交通卡使用的頻率比較高，而這些交通卡又都是EEPROM的RFID，超過了他的讀寫次數(shù)。” 蔡振宇指出。

在工廠自動化和維護(hù)的應(yīng)用中，在制造組裝生產(chǎn)線上的歷史數(shù)據(jù)、手冊、零件信息等都可以被寫進(jìn)標(biāo)簽，從而縮短了讀取時間，使生產(chǎn)線構(gòu)成更加柔性化。據(jù)悉，汽車生產(chǎn)線例如大眾汽車，其每年的生產(chǎn)量之所以都會提升，是因?yàn)樵谡麄€汽車生產(chǎn)過程中使用了FRAM RFID。

圖7. FRAM RFID應(yīng)用于工廠自動化和維護(hù)。

“如果要把生產(chǎn)線、流水線變快，那么RFID讀取速度也要變快。富士通半導(dǎo)體的118C就成功的運(yùn)用在這樣的領(lǐng)域。” 蔡振宇表示，“此外，將零件的維護(hù)信息和操作歷史數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽內(nèi)，還可飛躍性的地提高飛機(jī)、基礎(chǔ)設(shè)施、土木等維護(hù)操作的工作效率。”

而在醫(yī)療和醫(yī)藥中更加少不了FRAM RFID，其被用于諸如手術(shù)臺的追溯、藥劑盒子、類似于穿刺、血透的管子等中。美國和歐洲的國家會有很多接觸到醫(yī)療器械的地方，需要經(jīng)過伽瑪放射性消毒，F(xiàn)RAM對輻射有很強(qiáng)的耐受性?；贔RAM的RFID可輕松通過標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程中信息會被破壞。

圖8. FRAM RFID應(yīng)用于生化、醫(yī)藥、醫(yī)療。

“從目前的情況來看，原來是美國和歐洲在這方面的應(yīng)用需求比較多，如今我們慢慢地看到，中國的醫(yī)院和中國客戶也提出此類需求。目前市場上只有我們的FRAM的RFID能夠滿足這些需求。”蔡振宇表示。

此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地，如果您要追溯運(yùn)輸途中每一個結(jié)點(diǎn)溫度的變化，如何保證整個運(yùn)輸途中都能在這個溫度以下?就需要在整個車箱里加一個RFID的模塊，實(shí)時把數(shù)據(jù)傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時運(yùn)輸范圍內(nèi)有沒有超過溫度系數(shù)、溫度范圍，擁有SPI接口的RFID可以實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用。

創(chuàng)新的FRAM 認(rèn)證芯片促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新

FRAM 認(rèn)證芯片是FRAM的又一創(chuàng)新應(yīng)用。驗(yàn)證芯片多應(yīng)用于電子器械的與主機(jī)(例如：打印機(jī)等)相連的外設(shè)(例如墨盒)的真假鑒別,通過主機(jī)與外設(shè)之間的質(zhì)詢-響應(yīng)(Challenge & Response)來進(jìn)行驗(yàn)證的,從而鑒別出授權(quán)部件或非授權(quán)部件(真?zhèn)舞b別)。

圖9. 通用驗(yàn)證芯片的使用原理

“例如，大家在使用打印機(jī)時都有這樣的經(jīng)歷，打印機(jī)只認(rèn)原裝的墨盒，如使用假墨盒打印機(jī)就會彈出警告信息，提示你用了盜版的墨盒。這種打印機(jī)就是使用了富士通半導(dǎo)體的FRAM認(rèn)證芯片。”蔡振宇指出。

據(jù)蔡振宇介紹，這種實(shí)現(xiàn)方案是把一個芯片放在打印機(jī)里面，一個芯片放在墨盒里，在打印機(jī)取墨時和對認(rèn)證信息,以確定墨盒是否為原裝。由于打印機(jī)取墨很頻繁，一天打幾十次、幾百次都有可能，EEPROM過一段時間就沒辦法使用了。所以FRAM的性能在這個時候充分滿足了客戶的需求。

類似的創(chuàng)新應(yīng)用還可以有很多，據(jù)蔡振宇介紹，有做有線內(nèi)窺鏡的廠商，其內(nèi)窺鏡有一個轉(zhuǎn)換頭，該廠商希望那個轉(zhuǎn)換頭一定要匹配他的內(nèi)窺鏡片的頭，于是把認(rèn)證芯片加到內(nèi)窺鏡的頭里，做到類似于墨盒的應(yīng)用，自己的機(jī)器只能配自己的轉(zhuǎn)換頭。