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業界首創UHF無源設計解決方案,富士通推進IoT創新應用

2018-08-31 13:06 來源:富士通半導體 編輯:電源網

根據賽迪智庫的最新報告,預計到2020年,中國物聯網市場規模將達2萬億元。在如此龐大的市場需求下,繼實現“聯”之后的下一步將是“物”的設計,大多數電子系統的設計將由于物聯網的趨勢而發生極大的改變,主要反映在終端產品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、連接、電源管理等關鍵通用模塊的創新上。IoT應用的范疇跨度廣泛,如何在其中實現創新,作為業內領先的存儲芯片提供商,富士通半導體基于FRAM RFID能量收集技術的應用方案提供了獨到的解決思路。

在不久前結束的2018第14屆RFID世界應用創新大會上,富士通半導體有限公司系統存儲設計開發部FRAM RFID高級工程師羅建在演講中表示,基于FRAM RFID能量收集技術的應用方案提供了無源設計的基礎,讓產品實現自給能源,既十分環保又易于防水等便于加工生產,在醫療、實驗室、物流等領域有著廣闊的應用前景。

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圖1:富士通系統存儲設計開發部FRAM RFID高級工程師羅建

業界第一款UHF無線無源鍵盤,富士通FRAM RFID Inside!

伴隨物聯網的崛起,RFID技術已經廣泛滲透到零售、物流、交通、醫療等多個領域,成為推動市場增長的一大技術助力。眾所周知,物聯網的終端產品往往要求小型化,這很大程度上限制了電池的容量。若能實現無源的電子系統,無疑是IoT應用的一個重大突破口,RFID無源電子系統則是解決思路之一,這里說的無源設計即無供電、無電池的電子系統。

“事實上,富士通一直致力于產品的無源化,尋求無電池的解決方案。基于業界一流的低功耗FRAM技術,富士通已經成功實現了無電池的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換為電能,在給內部供電之余,還能將多余的電能提供給外部的元器件,為無源電子系統設計創造了基礎。據悉,該芯片支持EPC Global C1G2 Ver.1.2通信規格,并為外部應用預留了多功能的接口,如SPI、Key Matrix Scan I/F、GPIO等。因此設計者可以利用富士通的RFID芯片,實現傳感器、顯示器等電子產品的控制和數據采集。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。

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圖2:富士通創新的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保的問題,同時省去MCU和電池。又因為內嵌了FRAM存儲器,具有先天的存儲速度優勢,擁有比傳統的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,能夠滿足產品在嚴苛環境下使用的可靠性。”

目前,富士通基于獨創的RFID芯片推出了業界首款UHF無源無線鍵盤。由于該RFID芯片最大可外接16*8=128的Key Matrix,所以特別適用于醫療場景下的鍵盤設備。這些醫療設備經常處于射線環境下,因此富士通具有防輻射特性的FRAM技術能夠保障數據的可靠性。同時,無源鍵盤不需要外接供電,所以終端產品可以進行一體化的防水防塵設計,并維持十分輕薄的尺寸,幫助客戶提高產品的附加價值。據透露,富士通已經與全球領先的大牌廠商開展合作,全力推進專業鍵盤的量產。

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圖3:在同期IOTE 2018展會上,富士通展示業界首款UHF無源無線鍵盤

不僅如此,電子紙及電子貨架標簽也是RFID芯片的創新應用之一。當下無人商店的發展非常迅速,物流、工業資產管理等應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,只須在改寫顯示數據的瞬間供電。”羅建解釋道,“富士通新推出的RFID芯片對此完美適配,在傳送數據的同時還能為外掛元器件供電,從而實現產品終生不需要電池,同時具有成本低、維護方便等優勢。”

擴充藍牙、GNSS等產品線, 存儲市場的IoT大商機

除了基于FRAM的RFID芯片以外,面向物聯網領域,富士通也在積極推進其他產品線的布局,如低功耗藍牙、LoRa、GNSS模塊等。據介紹,富士通在藍牙模塊的設計上擁有超過二十年的經驗,積累了獨特的藍牙天線排列技術,可以在高密度、小型化的設計封裝中保持藍牙信號連接的穩定性與低功耗。搭配自有的高可靠專業打印頭與藍牙模塊,富士通推出的高端打印機方案已被政府機構、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、近海等水質監測的解決方案,成為IoT場景下的代表應用之一。

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圖4:富士通展示應用于移動打印機與各類無線設備的BLE模塊

此外,根據復旦大學管理學院發布的《移動物聯網(2017)行業研究報告》,2020年中國Mobile IoT業務總體規模預計達到1.76萬億元,其中以GNSS技術為支撐的相關業務發展是主力軍,預計到2025年全球GNSS技術支撐的物聯網設備將超過80億臺。

針對GNSS這一類應用場景,富士通推出超低功耗、超小型化、高可靠的GNSS模塊產品——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內存,并嵌入SAW濾波器與LNA,因此設計人員不需要復雜的RF電路設計即可打造穩定可靠的GNSS產品。據富士通工程師介紹,該GNSS模塊支持衛星定位系統,兼容GPS、GLONASS、北斗、伽利略等定位導航標準。同時,富士通針對開發者推出了配套的開發板與軟件平臺,連接PC端與外部天線即可進行調試,十分易于上手。

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圖5:富士通已推出適配GNSS模塊的軟硬件開發套件

富士通攜手眾多大牌,與合作伙伴共建IoT生態

如前所述,物聯網趨勢下的電子系統設計正發生顛覆式的改變,終端產品的存儲、傳感器、嵌入式處理器、電源管理等通用模塊的創新將成為終端產品設計的關鍵。“所謂合則能成,富士通在自身擴充產品線的同時,也積極地與合作伙伴聯手打造完整的解決方案,為加快物聯網客戶的產品上市時間提供助力。”羅建稱。富士通獨特的商業模式讓其在IoT生態打造上更具優勢,富士通元器件既有原廠的產品和設計能力,還代理了眾多大品牌產品的分銷業務,在IoT產品設計中的關鍵通用模塊中,富士通代理的品牌線也有相應的產品供客戶選擇。

比如北陸電氣工業株式會社HDK聯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,為物聯網場景提供感測技術。

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生化學反應,可以急速充放電,并且循環壽命長的特點,所以在帶太陽能電池或風力發電等獨立電源的路燈、道路標識、無線基站等IOT場景中可以發揮關鍵的作用。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,從而實現機器的免維修化。

羅建表示,“這些器件與富士通的多線產品相輔相成,它們最大的共同點就是能效表現十分出色、功耗很低,這在IoT領域至關重要,因此我們有信心在不斷擴大的IoT市場中搶占先機!”

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圖6:Rubycon超級電容為物聯網應用提供高效的電源輸入輸出

標簽: IoT UHF 富士通

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