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“多、快、省”,FRAM以领先特性解决应用瓶颈、促进产品创新

“多、快、省”,FRAM以领先特性解决应用瓶颈、促进产品创新

在海量的固态存储技术已经非常广泛应用、云存储正在盛行的今天,还有一种KB、MB量级的存储技术大卖,并且在物联网、医疗电子、消费电子、工业电子……几乎所有的行业中无处不在。这种存储技术就是铁电存储器(FRAM)。在近日于深圳举办的易维讯年度中国ICT媒体论坛上,富士通半导体(上海)有限公司市场部经理蔡振宇分享了FRAM产品在应用中的独特技术特性优势,特别是FRAM RFID和认证FRAM方面众多的创新应用案例对电子产品的设计具有很好的创新启发,受到与会嘉宾的关注。



图1. 富士通半导体(上海)有限公司市场部经理蔡振宇发表“FRAM为您系统创新而生”主题演讲。

DEMO演示FRAM 特性——“多、快、省”

拥有15年FRAM量产经验的富士通半导体,已经走在技术与市场的前列。而我们将从一个现场Demo演示开始,为您呈现FRAM的性能优势。如下图2所示,为富士通半导体的FRAM和EEPROM性能对比Demo演示图。



图2. 富士通半导体FRAM和EEPROM性能对比Demo演示。

演示本身并不复杂,一个照相机实时拍一张照片,然后将照片分别存储到EEPROM和FRAM中,直观的比较图像数据写入过程中EEPROM和FRAM的性能差异。在此演示中,采用并口传输数据,FRAM大概用了0.19秒存储数据,而EEPROM大概用了6.23秒;FRAM存储数据的比特率约为808kB/s,而EEPROM存储数据的比特率约为24kB/s;功耗方面,FRAM约为0.4mWs,而EEPROM约为61.7mWs。FRAM的快速读写和超低功耗特性显而易见。

“‘多’、‘快’、‘省’可以形象的概括出FRAM的特点。‘多’指的是FRAM的高读写耐久性(1万亿次)的特点,可以频繁记录操作历史和系统状态;‘快’指的是FRAM的高速烧写(是EEPROM的40000倍)特性,这可以帮助系统设计者解决突然断电数据丢失的问题;‘省’指的是FRAM超低功耗(是EEPROM的1/1,000)特性,特别是写入时无需升压。” 蔡振宇指出。

FRAM除了和EEPROM相比具有明显优势外,其相比其他的存储器,如FLASH和SRAM,也在性能上更胜一筹,如下图3所示,为其性能比较。



图3. FRAM与其它存储器的比较。

宽泛的FRAM产品线——涵盖SPI、IIC、并行接口,容量向16Mb迈进

由于掌握着从FRAM的研发、设计到量产及封装的整个流程,加上多年的经验,富士通半导体因而能始终保证FRAM产品的高质量和稳定供应。“我们的FRAM产品线相当宽泛,容量从4Kb到4Mb,涵盖SPI和I2C串行接口、并行接口。未来富士通半导体还会不断推出更多新品,逐步实现大容量化。我们已经在着手研发8Mb、16Mb的产品。”蔡振宇透露。



图4. FRAM单体存储器产品线。

在通讯速度方面,I2C接口能够达到1MHz,SPI接口最快达到50MHz。“而在SPI接口的基础上,我们今年后半年会推出QSPI的接口,这样整个通讯速率就会达到和并口相当的数量级,这给客户带来很多好处。” 蔡振宇指出,“QSPI只有16到20个引脚,而并口要至少40个引脚,并且QSPI可以达到和并口同样的速率,对客户而言就意味着能够节省一些功耗和产品成本。”

据悉,采用串行接口的FRAM可以替代EEPROM或串行闪存,而采用并行接口的FRAM产品可以代替低功耗SRAM或PSRAM (Pseudo SRAM)。在封装方面,目前FRAM基本可以直接替换EEPROM,FRAM的封装和EEPROM的封装是完全兼容的。

据悉,富士通半导体的FRAM最开始是以日本国内应用为主,后来逐渐拓展至医疗、智能仪表、工业自动化设备等多元化应用领域。现在,富士通半导体的FRAM主要包括三大类(单体FRAM、RFID和内嵌FRAM的认证芯片),在很多产业领域实现了批量应用,并促成了大量的创新应用案例。

技术优势解决系列应用瓶颈

富士通半导体内嵌FRAM的RFID产品相比其单体FRAM产品是比较新的,而市场上常用的RFID产品嵌入的是EEPROM。与内嵌EEPROM的RFID产品相比,内嵌FRAM的RFID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。如下图5所示为FRAM RFID产品线。



图5. FRAM RFID产品线。

“和目前常用的EEPROM RFID相比,FRAM RFID的容量会更大。市面上比较多的RFID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。



图6. FRAM RFID创新应用

FRAM RFID的读写次数是1012,EEPROM RFID最多只有一百万次,这在某些应用场合下使用可能会有问题,例如高速收费。“开车的朋友可能会有这样的经历,在经过有些高速公里的收费站的时候,您的交通收费卡在进站和出站的时候会无法读取,原因是您的交通卡使用的频率比较高,而这些交通卡又都是EEPROM的RFID,超过了他的读写次数。” 蔡振宇指出。

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标签,从而缩短了读取时间,使生产线构成更加柔性化。据悉,汽车生产线例如大众汽车,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 RFID。



图7. FRAM RFID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RFID读取速度也要变快。富士通半导体的118C就成功的运用在这样的领域。” 蔡振宇表示,“此外,将零件的维护信息和操作历史数据记录在标签内,还可飞跃性的地提高飞机、基础设施、土木等维护操作的工作效率。”

而在医疗和医药中更加少不了FRAM RFID,其被用于诸如手术台的追溯、药剂盒子、类似于穿刺、血透的管子等中。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RFID可轻松通过标准医疗灭菌过程,而基于EEPROM的RFID在这一过程中信息会被破坏。



图8. FRAM RFID应用于生化、医药、医疗。

“从目前的情况来看,原来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RFID能够满足这些需求。”蔡振宇表示。

此外,冷链控制也是FRAM RFID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一个RFID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RFID可以实现这样的应用。

创新的FRAM 认证芯片促进应用创新

FRAM 认证芯片是FRAM的又一创新应用。验证芯片多应用于电子器械的与主机(例如:打印机等)相连的外设(例如墨盒)的真假鉴别,通过主机与外设之间的质询-响应(Challenge & Response)来进行验证的,从而鉴别出授权部件或非授权部件(真伪鉴别)。



图9. 通用验证芯片的使用原理

“例如,大家在使用打印机时都有这样的经历,打印机只认原装的墨盒,如使用假墨盒打印机就会弹出警告信息,提示你用了盗版的墨盒。这种打印机就是使用了富士通半导体的FRAM认证芯片。”蔡振宇指出。

据蔡振宇介绍,这种实现方案是把一个芯片放在打印机里面,一个芯片放在墨盒里,在打印机取墨时和对认证信息,以确定墨盒是否为原装。由于打印机取墨很频繁,一天打几十次、几百次都有可能,EEPROM过一段时间就没办法使用了。所以FRAM的性能在这个时候充分满足了客户的需求。

类似的创新应用还可以有很多,据蔡振宇介绍,有做有线内窥镜的厂商,其内窥镜有一个转换头,该厂商希望那个转换头一定要匹配他的内窥镜片的头,于是把认证芯片加到内窥镜的头里,做到类似于墨盒的应用,自己的机器只能配自己的转换头。

易维讯供稿
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