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根據(jù)賽迪智庫的最新報告，預(yù)計到2020年，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達2萬億元。在如此龐大的市場需求下，繼實現(xiàn)“聯(lián)”之后的下一步將是“物”的設(shè)計，大多數(shù)電子系統(tǒng)的設(shè)計將由于物聯(lián)網(wǎng)的趨勢而發(fā)生極大的改變，主要反映在終端產(chǎn)品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、連接、電源管理等關(guān)鍵通用模塊的創(chuàng)新上。IoT應(yīng)用的范疇跨度廣泛，如何在其中實現(xiàn)創(chuàng)新，作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的存儲芯片提供商，富士通半導(dǎo)體基于FRAM RFID能量收集技術(shù)的應(yīng)用方案提供了獨到的解決思路。 在不久前結(jié)束的2018第14屆RFID世界應(yīng)用創(chuàng)新大會上，富士通半導(dǎo)體有限公司系統(tǒng)存儲設(shè)計開發(fā)部FRAM RFID高級工程師羅建在演講中表示，基于FRAM RFID能量收集技術(shù)的應(yīng)用方案提供了無源設(shè)計的基礎(chǔ)，讓產(chǎn)品實現(xiàn)自給能源,既十分環(huán)保又易于防水等便于加工生產(chǎn)，在醫(yī)療、實驗室、物流等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 
圖1：富士通系統(tǒng)存儲設(shè)計開發(fā)部FRAM RFID高級工程師羅建 業(yè)界第一款UHF無線無源鍵盤，富士通FRAM RFID Inside！ 伴隨物聯(lián)網(wǎng)的崛起，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到零售、物流、交通、醫(yī)療等多個領(lǐng)域，成為推動市場增長的一大技術(shù)助力。眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)的終端產(chǎn)品往往要求小型化，這很大程度上限制了電池的容量。若能實現(xiàn)無源的電子系統(tǒng)，無疑是IoT應(yīng)用的一個重大突破口，RFID無源電子系統(tǒng)則是解決思路之一，這里說的無源設(shè)計即無供電、無電池的電子系統(tǒng)。 “事實上，富士通一直致力于產(chǎn)品的無源化，尋求無電池的解決方案。基于業(yè)界一流的低功耗FRAM技術(shù)，富士通已經(jīng)成功實現(xiàn)了無電池的RFID方案。”羅建稱。以富士通新推出的RFID芯片——MB97R8110為例，將RF無線信號通過電磁轉(zhuǎn)換為電能，在給內(nèi)部供電之余，還能將多余的電能提供給外部的元器件，為無源電子系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造了基礎(chǔ)。據(jù)悉，該芯片支持EPC Global C1G2 Ver.1.2通信規(guī)格，并為外部應(yīng)用預(yù)留了多功能的接口，如SPI、Key Matrix Scan I/F、GPIO等。因此設(shè)計者可以利用富士通的RFID芯片，實現(xiàn)傳感器、顯示器等電子產(chǎn)品的控制和數(shù)據(jù)采集。另外，該RFID芯片提供的SPI串口功能可以直接控制傳感器和顯示屏從而省去了MCU，又因無線供電而省掉電池，有效地幫助客戶減少BOM。
圖2：富士通創(chuàng)新的FRAM RFID芯片，助力打造無線無源電子方案 羅建指出：“富士通RFID芯片通過無源的方式給外掛元器件供電可以解決環(huán)保的問題，同時省去MCU和電池。又因為內(nèi)嵌了FRAM存儲器，具有先天的存儲速度優(yōu)勢，擁有比傳統(tǒng)的EEPROM快30倍的寫入速度，功耗低至僅為后者的幾百分之一，并且具有防輻射等特性，能夠滿足產(chǎn)品在嚴苛環(huán)境下使用的可靠性。” 目前，富士通基于獨創(chuàng)的RFID芯片推出了業(yè)界首款UHF無源無線鍵盤。由于該RFID芯片最大可外接16*8=128的Key Matrix，所以特別適用于醫(yī)療場景下的鍵盤設(shè)備。這些醫(yī)療設(shè)備經(jīng)常處于射線環(huán)境下，因此富士通具有防輻射特性的FRAM技術(shù)能夠保障數(shù)據(jù)的可靠性。同時，無源鍵盤不需要外接供電，所以終端產(chǎn)品可以進行一體化的防水防塵設(shè)計，并維持十分輕薄的尺寸，幫助客戶提高產(chǎn)品的附加價值。據(jù)透露，富士通已經(jīng)與全球領(lǐng)先的大牌廠商開展合作，全力推進專業(yè)鍵盤的量產(chǎn)。
圖3：在同期IOTE 2018展會上，富士通展示業(yè)界首款UHF無源無線鍵盤 不僅如此，電子紙及電子貨架標簽也是RFID芯片的創(chuàng)新應(yīng)用之一。當(dāng)下無人商店的發(fā)展非常迅速，物流、工業(yè)資產(chǎn)管理等應(yīng)用也正朝著電子化和無紙化的方向推進。“電子紙的特性是顯示的時候不需要電，只須在改寫顯示數(shù)據(jù)的瞬間供電。”羅建解釋道，“富士通新推出的RFID芯片對此完美適配，在傳送數(shù)據(jù)的同時還能為外掛元器件供電，從而實現(xiàn)產(chǎn)品終生不需要電池，同時具有成本低、維護方便等優(yōu)勢。” 擴充藍牙、GNSS等產(chǎn)品線, 存儲市場的IoT大商機 除了基于FRAM的RFID芯片以外，面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，富士通也在積極推進其他產(chǎn)品線的布局，如低功耗藍牙、LoRa、GNSS模塊等。據(jù)介紹，富士通在藍牙模塊的設(shè)計上擁有超過二十年的經(jīng)驗，積累了獨特的藍牙天線排列技術(shù)，可以在高密度、小型化的設(shè)計封裝中保持藍牙信號連接的穩(wěn)定性與低功耗。搭配自有的高可靠專業(yè)打印頭與藍牙模塊，富士通推出的高端打印機方案已被政府機構(gòu)、銀行等采用，如駕駛證打印、銀行自助終端打印等。同時，正在認證的LoRa芯片已搭配第三方傳感器，打造湖泊、近海等水質(zhì)監(jiān)測的解決方案，成為IoT場景下的代表應(yīng)用之一。
圖4：富士通展示應(yīng)用于移動打印機與各類無線設(shè)備的BLE模塊 此外，根據(jù)復(fù)旦大學(xué)管理學(xué)院發(fā)布的《移動物聯(lián)網(wǎng)(2017)行業(yè)研究報告》，2020年中國Mobile IoT業(yè)務(wù)總體規(guī)模預(yù)計達到1.76萬億元，其中以GNSS技術(shù)為支撐的相關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)展是主力軍，預(yù)計到2025年全球GNSS技術(shù)支撐的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將超過80億臺。 針對GNSS這一類應(yīng)用場景，富士通推出超低功耗、超小型化、高可靠的GNSS模塊產(chǎn)品——MSB1054，整體尺寸為5.8 x 6.2 x1.0 mm3，工作溫度范圍可達15~80℃。該模塊在單片SiP封裝中以高密度集成了基帶IC、RF前端、溫度補償晶振(TCXO)以及Flash內(nèi)存，并嵌入SAW濾波器與LNA，因此設(shè)計人員不需要復(fù)雜的RF電路設(shè)計即可打造穩(wěn)定可靠的GNSS產(chǎn)品。據(jù)富士通工程師介紹，該GNSS模塊支持衛(wèi)星定位系統(tǒng)，兼容GPS、GLONASS、北斗、伽利略等定位導(dǎo)航標準。同時，富士通針對開發(fā)者推出了配套的開發(fā)板與軟件平臺，連接PC端與外部天線即可進行調(diào)試，十分易于上手。
圖5：富士通已推出適配GNSS模塊的軟硬件開發(fā)套件 富士通攜手眾多大牌，與合作伙伴共建IoT生態(tài) 如前所述，物聯(lián)網(wǎng)趨勢下的電子系統(tǒng)設(shè)計正發(fā)生顛覆式的改變，終端產(chǎn)品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、電源管理等通用模塊的創(chuàng)新將成為終端產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵。“所謂合則能成，富士通在自身擴充產(chǎn)品線的同時，也積極地與合作伙伴聯(lián)手打造完整的解決方案，為加快物聯(lián)網(wǎng)客戶的產(chǎn)品上市時間提供助力。”羅建稱。富士通獨特的商業(yè)模式讓其在IoT生態(tài)打造上更具優(yōu)勢，富士通元器件既有原廠的產(chǎn)品和設(shè)計能力，還代理了眾多大品牌產(chǎn)品的分銷業(yè)務(wù)，在IoT產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵通用模塊中，富士通代理的品牌線也有相應(yīng)的產(chǎn)品供客戶選擇。 比如北陸電氣工業(yè)株式會社HDK聯(lián)手富士通展示了小尺寸、低功耗、高可靠性的電容式溫度濕度傳感器，僅2.0 x 2.0 x 0.75mm3的超小、薄型封裝，可以測定0%~100%RH的大范圍濕度，為物聯(lián)網(wǎng)場景提供感測技術(shù)。 除此以外，日本紅寶石 Rubycon公司的超級電容也在富士通展臺亮相。由于超級電容具有蓄電時不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可以急速充放電，并且循環(huán)壽命長的特點，所以在帶太陽能電池或風(fēng)力發(fā)電等獨立電源的路燈、道路標識、無線基站等IOT場景中可以發(fā)揮關(guān)鍵的作用。此外，超級電容還可用于瞬間大電流的機器動力輔助裝置和能源回收裝置，也可作為充電式機器的主電源使用，從而實現(xiàn)機器的免維修化。 羅建表示，“這些器件與富士通的多線產(chǎn)品相輔相成，它們最大的共同點就是能效表現(xiàn)十分出色、功耗很低，這在IoT領(lǐng)域至關(guān)重要，因此我們有信心在不斷擴大的IoT市場中搶占先機！”
圖6：Rubycon超級電容為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供高效的電源輸入輸出 |
