鐵電隨機存取記憶體(FRAM)無線射頻辨識系統(RFID)由於儲存容量大、擦寫速度快而廣泛用作資料載體標籤，其內建序列介面可將感測器與RFID連接，進而豐富RFID應用。

目前，富士通(Fujitsu)已經開發高頻13.6MHz及超高頻段860～960MHz RFID大型積體電路(LSI)(圖1)產品，此產品最大特點在於已內嵌FRAM並擁有擦寫速度快、耐擦寫次數高等特性，已被廣泛採用作為資料載體型的被動RFID LSI。  

FRAM FRID具優異高輻射負載 

FRAM為一種非揮發性記憶體，使用鐵電材料作為資料載體，結合RAM和唯讀記憶體(ROM)優勢。電擦寫可編程唯讀記憶體(EEPROM)作為用於RFID內部非揮發性記憶體，已廣泛應用於各方面，但當資料寫入時，因為資料儲存原則在於判讀是否帶有電子電荷，EEPROM需要內部升壓電壓，所以寫入速度較緩慢，通常需要數毫秒而耐擦寫次數也僅限於十萬次。因此，大部分以EEPROM為基礎的RFID LSI都是小型儲存容量產品，只適合讀不適合寫。相對而言，FRAM在相同資料儲存下能兼具寫讀方面性能，擁有一百奈秒擦寫速度，一百億次耐讀/寫次數，這也是FRAM RFID作為資料載體能提供大型儲存容量的主因。  

儲存容量大、擦寫速度快的RFID，其關鍵優勢在於可直接在記憶體上記錄資料並將資料處理方式從集中資料管理轉變為分散資料管理。傳統EEPROM RFID在許多情況下皆採用集中管理方式，在此模式下，資料存在伺服器端，需要與標籤本身的ID相關聯。而FRAM RFID因為可以實現分散資料管理，資料可以存在標籤上，因此可減輕伺服器承載負荷，此方式尤其適合工廠自動化和維修領域中的生產歷史管理，因為在工廠自動化領域中，有數百道流程須經常寫入資料；在維修領域中，現場資料確認時也須經常寫入資料如維修歷史、零組件資訊等，透過FRAM RFID將不須再詢問資料伺服器。  

FRAM RFID另一個主要特點在於具有優異防輻射性能，此功能明顯優於EEPROM如在醫療設備、包裝、食品或亞麻布伽瑪射線滅菌過程中，資料存在EEPROM中會受到放射線嚴重影響，因為其儲存資料方式為電子電荷而存在FRAM中的資料在高達45千格雷(kGy)放射水準下仍不會受到影響。  

FRAM RFID內建靈活序列介面 

FRAM RFID LSI已內建序列介面(圖2)，為RFID資料載體提供額外功能，此配置主要特性在於，針對同區塊FRAM增加多種儲存區途徑，既可從序列介面進入也可從射頻(RF)介面進入；而透過序列介面與微控制器相連，FRAM可以作為微控制器(MCU)的外部儲存，並透過RF介面進入，因此，RFID閱讀器可以閱讀MCU已寫入的儲存資料，而對於MCU也可以閱讀參數資料如透過RF介面編寫運行環境。  

假設感測器與MCU相連，便可將RFID當作一種感測器標籤。在此情況下，MCU會定期監測感測器資料並寫入FRAM記憶體，在寫入完成後，可透過RF介面讀取所收集的可追溯資料，同時也將RFID應用於MCU參數記憶體。在此情況下，MCU為存在指定儲存區的部分參數，儲存區中的資料可透過RF介面改寫，而MCU會改變間隔以獲取感測器資料或者更改閃光燈條件進行告知。就RFID和感測器結合而言，源標籤(Source Tagging)解決方案也被廣泛運用，但源標籤為一種單向通訊模式，並沒有設置可供RF閱讀器日後讀取資料的記憶體，因此源標籤不能作為可追溯記錄資料的載體。  

另一方面，FRAM RFID由於儲存容量大，能夠記錄可追溯資料，標籤不在RF區域時也可透過序列介面記錄資料。除了傳感應用，內建序列介面的RFID在理論上可與受MCU控制的各種應用相連接。  

而實際應用方面(圖3)可包括對工廠設備狀態的監測如壓力、流量等或者遊戲機、醫療設備等歷史資料記錄；據了解，此類應用中部分設備透過現有技術如非觸控式智慧卡已達應用需求，但某部份設備在採用此技術後，於儲存容量、傳送速率等方面仍無法滿足需求，希望未來透過新技術突破，進而發現RFID新用途和應用，並能將該技術做進一步測試，進而實現更多構想。

序列介面兩大難題尚待突破 

針對序列介面連接的使用問題有兩大尚待克服的難題，其一與電池有關，另一個則與通訊距離有關。由於RF資料傳輸是透過被動通訊模式建立，亦即電源由閱讀器或寫入器提供。如此一來，串列資料傳輸就需要額外電池提供電力，由於電池問題是在源標籤應用中相當普遍，所以FRID LSI技術在實際應用中有時會被誤解為源標籤技術。  

但無論如何，FRAM RFID的電池壽命是須要考慮的重要課題。從此角度分析，可以得知序列介面功能最適運用於機器或儀器嵌入式應用，因為該項應用相對而言能提供穩定電源，但如果標籤被固定地安裝或依附在可移動式資產或物體上，電池管理就會成為一大問題，因為當電池壽命結束時，將無法直接更換其電池。  

因此，根據使用環境評估進一步電池壽命顯得更為重要，建議可以考慮某些充電設備如充電電池或利用一些能源發電電池，如果在RF通訊過程中能夠充電，在理論上應該是不錯的選擇，但是此選項卻不實用，因為通訊距離會受到嚴重的破壞。  

而關於通訊距離難題，眾所周知，阻抗匹配對於超高頻段至關重要，因為它會決定通訊效能，因此必須考慮阻抗匹配會因為透過序列介面連接各種LSI及元件或因為安裝在電路板上而受到嚴重影響。綜合上述情況，如果使用序列介面與傳統RFID標籤相比，天線設計將會更加複雜。  

由於RFID具備射頻識別功能，因此起初被用作可由RFID閱讀器讀取的ID儲存。而由於FRAM擦寫速度快、耐擦寫次數高，富士通將其用於RFID上，進而達成大型存放區的資料載體標籤。如今，內建序列介面的RFID已增加一項新功能，此功能為即使標籤不在RF區域，也可透過MCU從感測器等設備上記錄可追溯資料，並可在日後透過RF讀取資料，具有高度便利性。  

儘管在FRAM RFID實際應用中仍有困難尚待克服，但目前已可透過樣品對此一功能進行評估，進一步發現新可能性，畢竟透過持續與客戶進行評估和探討才會改進LSI規格問題；此外，富士通亦提供多款可與RFID連接的MCU產品，以協助客戶增進產品應用。  

資料來源: 新電子2011/1  洪偵耀/高樹威 (本文作者任職於富士通)