近年來隨著智能三表、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療器械及醫(yī)療電子標(biāo)簽、汽車后裝設(shè)備、以及工業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)的快速增長，F(xiàn)RAM存儲(chǔ)器以及FRAM微控制器的應(yīng)用越來越多。似乎幾年前電子工程專輯的報(bào)道還傾向于把FRAM（那時(shí)候遇到的縮寫還是以FeRAM居多）作為一種新的存儲(chǔ)方式來報(bào)道，而現(xiàn)在，越來越多的應(yīng)用借FRAM的特性實(shí)現(xiàn)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(dǎo)體上海有限公司市場部經(jīng)理蔡振宇先生與媒體分享了公司的FRAM產(chǎn)品，其中舉了一些行業(yè)應(yīng)用的案例尤為吸引，很多時(shí)候，一款簡單的新的器件往往能為設(shè)計(jì)者的終端產(chǎn)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(rèn)證FRAM。本文所提到的一些創(chuàng)新應(yīng)用，主要是基于后兩類FRAM。

FRAM RFID是比較新的產(chǎn)品。目前市場上常用的RFID產(chǎn)品嵌入的是EEPROM，若是換成FRAM+RFID，讀寫速度會(huì)比EEPROM快很多，抗輻射性比EEPROM高的也不僅一個(gè)數(shù)量級(jí)。

下圖為FRAM RFID與EEPROM RFID的比較：

使用案例一：高速收費(fèi)

在高速收費(fèi)領(lǐng)域，蔡振宇先生舉了身邊的案例。

在廣東，有些交通的收費(fèi)、公路收費(fèi)卡，有朋友表示進(jìn)站和出站的時(shí)候就讀不出來，因?yàn)橛玫念l率比較高，超過一百萬次沒辦法把數(shù)據(jù)讀出來，若使用FRAM RFID則不會(huì)讀到極限（10的12次方我是數(shù)不過來）。

FRAM讀和寫的距離一樣。“當(dāng)您使用RFID產(chǎn)品的時(shí)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(gè)RFID的讀寫頭，你讀的時(shí)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?yàn)樗锩媲度氲氖荅EPROM，讀的時(shí)候有一個(gè)升壓，會(huì)把整個(gè)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(shì)必需要把讀頭更靠近才能把電壓升高，所以有這個(gè)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(diǎn)。“我們和目前常用的EEPROM比起來，RFID會(huì)大一點(diǎn)。市面上比較多的RFID產(chǎn)品都是128個(gè)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(dòng)化和維護(hù)的應(yīng)用

汽車生產(chǎn)線例如大眾，他們每年的生產(chǎn)量都會(huì)往上提，因?yàn)樵谡麄€(gè)汽車生產(chǎn)中使用了RFID，如果要把生產(chǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)速度。富士通的128C就成功的運(yùn)用在這樣的領(lǐng)域。

還有一個(gè)是波音飛機(jī)使用FRAM RFID，大家知道飛機(jī)過一段時(shí)間需要大修、年檢，每個(gè)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(gè)部件要壞了，哪個(gè)部件可能有問題要更換，類似這樣的工作。

使用案例三：醫(yī)療和醫(yī)藥

在醫(yī)療和醫(yī)藥中用了很多RFID新的產(chǎn)品，像手術(shù)臺(tái)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(huì)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(duì)輻射有很強(qiáng)的耐受性。

基于FRAM的RFID可輕松通過標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療滅菌過程，而基于EEPROM的RFID在這一過程會(huì)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(yī)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(yùn)輸途中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度的變化，如何保證整個(gè)運(yùn)輸途中都能在這個(gè)溫度以下？就需要在整個(gè)車箱里加一個(gè)RFID的模塊，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳到接收端，客戶讀一下就可以看出一小時(shí)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FRAM可以實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用。

有位杭州客戶是做疫苗運(yùn)輸?shù)模幸粋€(gè)集裝箱柜，需要實(shí)時(shí)記錄溫度的系數(shù)和溫度運(yùn)送時(shí)的具體溫度，以前是運(yùn)用主動(dòng)標(biāo)簽，一個(gè)點(diǎn)一百多塊人民幣，車?yán)镒鲆粋€(gè)wifi的節(jié)點(diǎn)，送到駕駛室，目的地再把節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀出來。

改為富士通的方案后，一個(gè)結(jié)點(diǎn)是簡單的MCU加溫度模塊加FRAM的RFID就可以了，運(yùn)輸?shù)綌?shù)據(jù)可以RFID五個(gè)點(diǎn)一讀，就可以把運(yùn)送的流程拿出來，給客戶省了不少錢，一百多塊的主動(dòng)標(biāo)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(gè)人認(rèn)為，除了冷鏈控制，除了常用的RFID領(lǐng)域，我們的標(biāo)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(biāo)簽運(yùn)用少一些。” 蔡振宇先生表示。

使用案例五：打印機(jī)墨盒與內(nèi)窺鏡

這個(gè)案例講的是FRAM的認(rèn)證芯片。

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

其中的原理很簡單，把芯片放在打印機(jī)里面，一個(gè)芯片放在墨盒里。打印機(jī)取墨像對(duì)暗號(hào)一樣。為這種應(yīng)用設(shè)計(jì)的認(rèn)證芯片，里面有AES128加密的數(shù)據(jù)，出廠前就和廠商談好，每種不同的打印機(jī)和墨盒有對(duì)應(yīng)的暗號(hào)，通過這種方式進(jìn)行驗(yàn)證，客戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)可以得到保護(hù)。

因?yàn)榇蛴C(jī)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(shí)間就沒辦法使用了。所以FRAM的性能這個(gè)時(shí)候充分滿足了客戶的需求。

“我們現(xiàn)在在國內(nèi)遇到一個(gè)客戶，是做有線內(nèi)窺鏡，內(nèi)窺鏡有一個(gè)轉(zhuǎn)換頭，他希望那個(gè)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，做到類似于墨盒的工作，自己的機(jī)器只能配自己的頭。這個(gè)芯片的本身會(huì)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(chǔ)器的產(chǎn)品，為什么叫鐵電？是把DRAM和SRAM的快速讀寫和Random讀寫的特點(diǎn)，加上Flash和EEPROM，掉電可以繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)特點(diǎn)相結(jié)合的Memory，又可以做到像SRAM的隨機(jī)讀取，又可以像Flash和EEPROM一樣掉電后重要數(shù)據(jù)保存的特點(diǎn)。

下圖可以看到FRAM內(nèi)部的簡單構(gòu)造，從整個(gè)工藝角度是上下兩層電核，最基本的區(qū)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(gè)鉛原子的構(gòu)造，中間藍(lán)色的是氧原子的摻雜，中間最關(guān)鍵，紅球它是貴金屬的原子，上面兩個(gè)電場的作用下會(huì)上下移動(dòng)，鐵元素會(huì)有磁滯極化的運(yùn)動(dòng)，我們運(yùn)用它的特點(diǎn)來記錄。原子運(yùn)行到上面我們認(rèn)為是0的位置，運(yùn)行到下面我們定義為1，通過判斷這兩個(gè)位置來判斷數(shù)據(jù)是零還是1。FRAM的寫周期一般是150納秒的數(shù)量級(jí)。現(xiàn)在有20納秒數(shù)量級(jí)。

（1）當(dāng)一個(gè)電場被加到鐵電晶體時(shí)，中心離子順著電場的方向在晶體里移動(dòng)，當(dāng)離子移動(dòng)時(shí)，它通過一個(gè)能量壁壘，從而引起電荷擊穿。 內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置記憶體。

（2）移去電場后中心離子保持不動(dòng)，記憶體的狀態(tài)也得以保存。

（3） 材料本身的遲滯特性的兩個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)代表0或1的極化值

讀寫次數(shù)方面FRAM至少保證10的12次方， EEPROM和FLASH都是100萬次，SRAM是無限次擦寫。讀寫時(shí)的功耗FRAM的平均值是10個(gè)微安，EEPROM、 FLASH和SRAM都是毫安級(jí)的。

下圖FRAM，EEPROM，F(xiàn)LASH，SRAM數(shù)據(jù)寫方式、寫周期、讀寫耐久性、功耗方面的對(duì)比。簡而言之：多、快、省。

鐵電有多快？

在現(xiàn)場蔡振宇先生為大家準(zhǔn)備了一個(gè)DEMO，把數(shù)據(jù)寫到FRAM和EEPROM里，從FRAM來說，用了0.5秒去存儲(chǔ)2兆的數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH大概用了2.9秒，EEPROM存2兆數(shù)據(jù)用了13.4秒。從這個(gè)比較來看，F(xiàn)RAM快速讀寫的速度的特點(diǎn)是很明顯的。

FRAM性能優(yōu)勢(shì)

蔡振宇先生總結(jié)了FRAM的性能優(yōu)勢(shì)。

無需后備電池：在很多供電領(lǐng)域比如說數(shù)控機(jī)床和重工業(yè)很擔(dān)心要實(shí)時(shí)記錄機(jī)床，比如說XY軸的位置。工廠斷電前要把重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，數(shù)據(jù)量很大的情況下，以前都是加上后備電池，用了FRAM就可以把后備電池拿掉，后備電池有很多的問題，會(huì)漏電，維修麻煩，我們可以減少維護(hù)、保養(yǎng)的時(shí)間，做到環(huán)保。

快速讀寫：IOT、物聯(lián)網(wǎng)，很大一部分就是要做到信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、頻繁的記錄，F(xiàn)RAM可以允許大家快速、頻繁的擦寫。

抗輻射性：FRAM獨(dú)有的特性是抗輻射性，2011年福島海嘯有核泄漏，F(xiàn)RAM可以抗核輻射的釋放，普通的EEPROM被伽瑪射線照射，數(shù)據(jù)會(huì)設(shè)計(jì)破壞。FRAM是會(huì)維持現(xiàn)狀，我們推出RFID，它應(yīng)用醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域，需要大量輻射的場合，

基于這些特點(diǎn)，F(xiàn)RAM發(fā)展出主要的應(yīng)用，包括工業(yè)類應(yīng)用、汽車黑匣子、ATM等需要存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)的地方，以及電梯、新能源等。