媒體聚焦 | FRAM應用淺記——只談創新案例

近年來隨著智能三表、物聯網、醫療器械及醫療電子標簽、汽車后裝設備、以及工業傳感網絡的快速增長，FRAM存儲器以及FRAM微控制器的應用越來越多。似乎幾年前電子工程專輯的報道還傾向于把FRAM（那時候遇到的縮寫還是以FeRAM居多）作為一種新的存儲方式來報道，而現在，越來越多的應用借FRAM的特性實現了自身在可靠性、性能等方面的突破。

在上周舉辦的2015易維訊年度ICT媒體論壇上，來自富士通半導體上海有限公司市場部經理蔡振宇先生與媒體分享了公司的FRAM產品，其中舉了一些行業應用的案例尤為吸引，很多時候，一款簡單的新的器件往往能為設計者的終端產品帶來革命性的突破。

富士通的FRAM主要包括三大類，除了單體FRAM，另外兩類是RFID FRAM和認證FRAM。本文所提到的一些創新應用，主要是基于后兩類FRAM。

FRAM RFID是比較新的產品。目前市場上常用的RFID產品嵌入的是EEPROM，若是換成FRAM+RFID，讀寫速度會比EEPROM快很多，抗輻射性比EEPROM高的也不僅一個數量級。

下圖為FRAM RFID與EEPROM RFID的比較：

使用案例一：高速收費

在高速收費領域，蔡振宇先生舉了身邊的案例。

在廣東，有些交通的收費、公路收費卡，有朋友表示進站和出站的時候就讀不出來，因為用的頻率比較高，超過一百萬次沒辦法把數據讀出來，若使用FRAM RFID則不會讀到極限（10的12次方我是數不過來）。

FRAM讀和寫的距離一樣。“當您使用RFID產品的時候，寫的距離比讀的距離近一些，最簡單的例子，您可能拿一個RFID的讀寫頭，你讀的時候距離可能做到兩米，真正把信息寫到RFID里可能只有一米的距離，因為他里面嵌入的是EEPROM，讀的時候有一個升壓，會把整個電壓升到9伏、12伏才能寫。RFID是要通過收集場上的電場能量寫，勢必需要把讀頭更靠近才能把電壓升高，所以有這個問題在里面，造成它讀和寫的距離不是一樣。” 蔡振宇先生解釋到。而FRAM可以做到一樣讀和寫的距離。

容量更大一點。“我們和目前常用的EEPROM比起來，RFID會大一點。市面上比較多的RFID產品都是128個bit或是512Bit，客戶有需要往里面多放信息，EEPROM可能不能滿足客戶的需求。”蔡振宇先生表示。

使用案例二：工廠自動化和維護的應用

汽車生產線例如大眾，他們每年的生產量都會往上提，因為在整個汽車生產中使用了RFID，如果要把生產線、流水線變快的話，那么RFID讀取速度要變快，就需要更快的流水線運轉速度。富士通的128C就成功的運用在這樣的領域。

還有一個是波音飛機使用FRAM RFID，大家知道飛機過一段時間需要大修、年檢，每個零件可以讀取，可以把維修記錄通過RFID反映出來，可以知道哪個部件要壞了，哪個部件可能有問題要更換，類似這樣的工作。

使用案例三：醫療和醫藥

在醫療和醫藥中用了很多RFID新的產品，像手術臺的追溯，藥劑盒子，類似于穿刺、血透的管子，美國和歐洲的國家會有很多接觸到醫療器械的地方，需要經過伽瑪放射性消毒，FRAM對輻射有很強的耐受性。

基于FRAM的RFID可輕松通過標準醫療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程會被擦除。

“從目前的情況來講，原來是美國和歐洲的要求比較多，慢慢我們看到，中國的醫院和中國客戶也慢慢提出此類需求。目前市場上只有我們的FRAM的RFID能夠滿足這些需求。” 蔡振宇先生表示。

使用案例四：冷鏈控制

在冷鏈控制中，如果您要追溯運輸途中每一個節點溫度的變化，如何保證整個運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，實時把數據傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時運輸范圍內有沒有超過溫度系數、溫度范圍，擁有SPI接口的FRAM可以實現這樣的應用。

有位杭州客戶是做疫苗運輸的，有一個集裝箱柜，需要實時記錄溫度的系數和溫度運送時的具體溫度，以前是運用主動標簽，一個點一百多塊人民幣，車里做一個wifi的節點，送到駕駛室，目的地再把節點的數據讀出來。

改為富士通的方案后，一個結點是簡單的MCU加溫度模塊加FRAM的RFID就可以了，運輸到數據可以RFID五個點一讀，就可以把運送的流程拿出來，給客戶省了不少錢，一百多塊的主動標簽還是比較貴，采用我們的方案基本上可以降到一半的成本。

“我個人認為，除了冷鏈控制，除了常用的RFID領域，我們的標簽都可以適用，由于成本上的原因，在其他的物流上，我們的標簽運用少一些。” 蔡振宇先生表示。

使用案例五：打印機墨盒與內窺鏡

這個案例講的是FRAM的認證芯片。

大家可能用過佳能、EPSON的打印機，打印機只認自己的墨盒，假的墨盒它就會彈出來，提示你用了盜版的墨盒。這種打印機就是加了富士通的認證芯片。

其中的原理很簡單，把芯片放在打印機里面，一個芯片放在墨盒里。打印機取墨像對暗號一樣。為這種應用設計的認證芯片，里面有AES128加密的數據，出廠前就和廠商談好，每種不同的打印機和墨盒有對應的暗號，通過這種方式進行驗證，客戶的知識產權可以得到保護。

因為打印機取墨是頻繁的，一天要打幾十次，在公司一天打幾百次都有可能，EEPROM過一段時間就沒辦法使用了。所以FRAM的性能這個時候充分滿足了客戶的需求。

“我們現在在國內遇到一個客戶，是做有線內窺鏡，內窺鏡有一個轉換頭，他希望那個頭一定要匹配他的內窺鏡片的頭，于是把認證芯片加到內窺鏡的頭里，做到類似于墨盒的工作，自己的機器只能配自己的頭。這個芯片的本身會比較簡單。”蔡振宇先生表示。

附錄：鐵電資料

為什么叫鐵電？

FRAM鐵電存儲器的產品，為什么叫鐵電？是把DRAM和SRAM的快速讀寫和Random讀寫的特點，加上Flash和EEPROM，掉電可以繼續保持數據特點相結合的Memory，又可以做到像SRAM的隨機讀取，又可以像Flash和EEPROM一樣掉電后重要數據保存的特點。

下圖可以看到FRAM內部的簡單構造，從整個工藝角度是上下兩層電核，最基本的區別是在于中間一層的PZT膜，把紫色的部分放大以后，邊上是整個鉛原子的構造，中間藍色的是氧原子的摻雜，中間最關鍵，紅球它是貴金屬的原子，上面兩個電場的作用下會上下移動，鐵元素會有磁滯極化的運動，我們運用它的特點來記錄。原子運行到上面我們認為是0的位置，運行到下面我們定義為1，通過判斷這兩個位置來判斷數據是零還是1。FRAM的寫周期一般是150納秒的數量級。現在有20納秒數量級。