富士通：铁电存储器为物联网应用加油
2015-03-09 21:08:22
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铁电存储器大家并不陌生，它的工作原理是在两个电极之间加入一层特殊的膜层——PZT晶体，锆钛酸铅。当加入电场时，晶体结构中的锆钛离子就会上下移动，从而形成0或1的状态，产生数据的记录，最重要的是，当电场离开后，离子的位置保持不动，这也就保持了数据的记录状态。
图1：铁电存储器工作原理基于上述的存储原理，铁电存储器FRAM相比于目前主流存储器如E2PROM、FLASH、SRAM具有很多显著优点：它的读写速度比E2PROM快四万倍，读写寿命是E2PROM的一百万倍，工作电流仅10uA，节能，此外，它还有一个独有的优势，就是抗辐射能力强。这些优点使得它非常适合物联网的各种应用，比如在工厂自动化、物流运输、医疗器械追踪等应用中各种信息数据的实时记录和频繁的记录。如此看来，如何将FRAM更好地应用在各种市场中，充分发挥它的优势更为关键。富士通公司近年来一直专注于FRAM的研发和市场应用的拓展，在2015易维讯的媒体论坛上，富士通半导体上海有限公司的市场部经理蔡振宇分享了很多富士通在FRAM应用方面的创新。富士通FRAM业务主要分为三大部分，一是FRAM本体产品，二是FRAM应用于RFID的产品，三是FRAM应用于认证的芯片。富士通FRAM本体产品线主要按照接口标准分I2C、SPI和并行三大产品线，已经量产的产品存储密度从4K至4M都有。今年下半年会发布QSPI的产品，其存储速度将大大提高，封装小，节能，成本低。目前市场上常用的RFID内嵌存储器是E2PROM，富士通用FRAM取代RFID内嵌的E2PROM，可以获得很多优点。它的读写速度更快，抗辐射能力非常强，读写寿命更高，此外它的读写的距离也一致。富士通用于RFID的内嵌FRAM存储密度从256bit到2Kbit、8Kbit，最高可达64Kbit，而基于E2PROM的RFID存储密度从128bit到512bit，最高只有8Kbit。基于FRAM的RFID可应用于工厂自动化维护、医疗医药、物流运输等各个要求大容量存储、快速读写，并且抗干扰的领域。在工厂自动化维护方面的应用实例有大众汽车的生产线，每年需要提升产量，要求它的零件的RFID的读取速度也要加快，因此FRAM RFID可以满足他们的要求。还有波音飞机公司，每年需要定时对飞机进行检修，需要通过RFID获得零件以往的维修记录和状态，以便于进行合理的检修和维护。
图2：FRAM RFID的应用在医疗和医药领域，对于手术台的追溯，药剂盒的跟踪，各种血液透析管的管理也需要RFID来进行记录，这些设备都必须经过伽马射线消毒，基于FRAM的RFID的抗辐射能力经消毒后仍能准确的记录数据。这种需求过去主要产生在美国和欧洲的医疗市场，现在中国的医疗市场也开始产生大量的需求。在物流运输方面，中国国内市场潜力也非常大。一个具体的例子是用于冷链运输控制，杭州一家客户需要运输一批疫苗，要求记录整个运输过程中的温度。过去，他们是通过在车厢内安装Wi-Fi节点，到目的地后再读取数据，整个花费要100多人民币。现在只需用一个简单的MCU加上温度传感器和基于FRAM的RFID模块，读取RFID上的数据即可，成本可节省一半。基于FRAM的认证芯片，其架构是FRAM外加I2C通信控制和AES128加密算法。通用验证芯片的使用原理是在主机和外设各安装一个验证芯片，并且在出厂时就在芯片内预设了密码信息，当主机的MCU向验证芯片发送随机数据，验证芯片接受该数据，通过计算并加密后，对MCU响应，MCU对来自主机和外设的各个验证芯片的响应值进行验证，正确的话，判断为验证成功。一个典型的应用就是打印机和墨盒，在打印机和各个墨盒上都安装验证芯片，预设密码，如果不是来自原厂的墨盒，就无法通过验证，这样可以很好地保护正版和知识产权。
图3：FRAM验证芯片原理还有一个中国国内的应用案例是一家做有线内窥镜的厂商，希望他的内窥镜转换头必须与内窥镜的镜片相匹配，应用富士通的FRAM验证芯片正好可以解决这个问题。可以看到，很多应用用芯片方案实现起来并不难，关键的是找到和发现这些潜在的应用。基于FRAM的技术在物联网的领域里已经找到了很多应用场景，随着其成本的不断下降，一定可以成为未来物联网产业链上必不可少的重要一环。
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