“多、快、省”，FRAM以領先特性解決應用瓶頸、促進產品創新
http://www.debgrams.com 2015-02-05 14:54 來源：深圳市易維訊信息咨詢有限公司
在海量的固態存儲技術已經非常廣泛應用、云存儲正在盛行的今天，還有一種KB、MB量級的存儲技術大賣，并且在物聯網、醫療電子、消費電子、工業電子……幾乎所有的行業中無處不在。這種存儲技術就是鐵電存儲器（FRAM）。在近日于深圳舉辦的易維訊年度中國ICT媒體論壇上，富士通半導體(上海)有限公司市場部經理蔡振宇分享了FRAM產品在應用中的獨特技術特性優勢，特別是FRAMRFID和認證FRAM方面眾多的創新應用案例對電子產品的設計具有很好的創新啟發，受到與會嘉賓的關注。
圖1. 富士通半導體(上海)有限公司市場部經理蔡振宇發表“FRAM為您系統創新而生”主題演講
DEMO演示FRAM特性——“多、快、省”
擁有15年FRAM量產經驗的富士通半導體，已經走在技術與市場的前列。而我們將從一個現場Demo演示開始，為您呈現FRAM的性能優勢。如下圖2所示，為富士通半導體的FRAM和EEPROM性能對比Demo演示圖。
圖2.富士通半導體FRAM和EEPROM性能對比Demo演示
演示本身并不復雜，一個照相機實時拍一張照片，然后將照片分別存儲到EEPROM和FRAM中，直觀的比較圖像數據寫入過程中EEPROM和FRAM的性能差異。在此演示中，采用并口傳輸數據，FRAM大概用了0.19秒存儲數據，而EEPROM大概用了6.23秒；FRAM存儲數據的比特率約為808kB/s，而EEPROM存儲數據的比特率約為24kB/s；功耗方面，FRAM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。‘多’指的是FRAM的高讀寫耐久性（1萬億次）的特點，可以頻繁記錄操作歷史和系統狀態；‘快’指的是FRAM的高速燒寫（是EEPROM的40000倍）特性，這可以幫助系統設計者解決突然斷電數據丟失的問題；‘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產品線——涵蓋SPI、IIC、并行接口，容量向16Mb邁進
由于掌握著從FRAM的研發、設計到量產及封裝的整個流程，加上多年的經驗，富士通半導體因而能始終保證FRAM產品的高質量和穩定供應。“我們的FRAM產品線相當寬泛，容量從4Kb到4Mb，涵蓋SPI和I2C串行接口、并行接口。未來富士通半導體還會不斷推出更多新品，逐步實現大容量化。我們已經在著手研發8Mb、16Mb的產品。”蔡振宇透露。
圖4. FRAM單體存儲器產品線
在通訊速度方面，I2C接口能夠達到1MHz，SPI接口最快達到50MHz。“而在SPI接口的基礎上，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到和并口相當的數量級，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可以達到和并口同樣的速率，對客戶而言就意味著能夠節省一些功耗和產品成本。”
據悉，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，FRAM的封裝和EEPROM的封裝是完全兼容的。
據悉，富士通半導體的FRAM最開始是以日本國內應用為主，后來逐漸拓展至醫療、智能儀表、工業自動化設備等多元化應用領域。現在，富士通半導體的FRAM主要包括三大類（單體FRAM、RFID和內嵌FRAM的認證芯片），在很多產業領域實現了批量應用，并促成了大量的創新應用案例。
技術優勢解決系列應用瓶頸
富士通半導體內嵌FRAM的RFID產品相比其單體FRAM產品是比較新的，而市場上常用的RFID產品嵌入的是EEPROM。與內嵌EEPROM的RFID產品相比，內嵌FRAM的RFID讀寫速度快很多，并且其抗輻射性比EEPROM高出不止一個數量級。如下圖5所示為FRAMRFID產品線。
圖5. FRAM RFID產品線
“和目前常用的EEPROMRFID相比，FRAMRFID的容量會更大。市面上比較多的RFID產品都是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創新應用
FRAMRFID的讀寫次數是1012，EEPROMRFID最多只有一百萬次，這在某些應用場合下使用可能會有問題，例如高速收費。“開車的朋友可能會有這樣的經歷，在經過有些高速公里的收費站的時候，您的交通收費卡在進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。”蔡振宇指出。
在工廠自動化和維護的應用中，在制造組裝生產線上的歷史數據、手冊、零件信息等都可以被寫進標簽，從而縮短了讀取時間，使生產線構成更加柔性化。據悉，汽車生產線例如大眾汽車，其每年的生產量之所以都會提升，是因為在整個汽車生產過程中使用了FRAM RFID。
圖7.FRAM RFID應用于工廠自動化和維護
“如果要把生產線、流水線變快，那么RFID讀取速度也要變快。富士通半導體的118C就成功的運用在這樣的領域。”蔡振宇表示，“此外，將零件的維護信息和操作歷史數據記錄在標簽內，還可飛躍性的地提高飛機、基礎設施、土木等維護操作的工作效率。”
而在醫療和醫藥中更加少不了FRAM RFID，其被用于諸如手術臺的追溯、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在這一過程中信息會被破壞。
圖8.FRAM RFID應用于生化、醫藥、醫療
“從目前的情況來看，原來是美國和歐洲在這方面的應用需求比較多，如今我們慢慢地看到，中國的醫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，如果您要追溯運輸途中每一個結點溫度的變化，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RFID可以實現這樣的應用。
創新的FRAM 認證芯片促進應用創新
FRAM 認證芯片是FRAM的又一創新應用。驗證芯片多應用于電子器械的與主機(例如：打印機等)相連的外設（例如墨盒）的真假鑒別,通過主機與外設之間的質詢-響應(Challenge & Response)來進行驗證的,從而鑒別出授權部件或非授權部件(真偽鑒別)。
圖9.通用驗證芯片的使用原理
“例如，大家在使用打印機時都有這樣的經歷，打印機只認原裝的墨盒，如使用假墨盒打印機就會彈出警告信息，提示你用了盜版的墨盒。這種打印機就是使用了富士通半導體的FRAM認證芯片。”蔡振宇指出。
據蔡振宇介紹，這種實現方案是把一個芯片放在打印機里面，一個芯片放在墨盒里，在打印機取墨時和對認證信息,以確定墨盒是否為原裝。由于打印機取墨很頻繁，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。
類似的創新應用還可以有很多，據蔡振宇介紹，有做有線內窺鏡的廠商，其內窺鏡有一個轉換頭，該廠商希望那個轉換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，做到類似于墨盒的應用，自己的機器只能配自己的轉換頭。
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