富士通：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）。

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。