根據(jù)賽迪智庫的最新報告，預計到2020年，中國物聯(lián)網市場規(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”的設計，大多數(shù)電子系統(tǒng)的設計將由于物聯(lián)網的趨勢而發(fā)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(chuàng)新上。IoT應用的范疇跨度廣泛，如何在其中實現(xiàn)創(chuàng)新，作為業(yè)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(chuàng)新大會上，富士通半導體有限公司系統(tǒng)存儲設計開發(fā)部FRAM RFID高級工程師羅建在演講中表示，基于FRAM RFID能量收集技術的應用方案提供了無源設計的基礎，讓產品實現(xiàn)自給能源，既十分環(huán)保又易于防水等便于加工生產，在醫(yī)療、實驗室、物流等領域有著廣闊的應用前景。

圖1：富士通系統(tǒng)存儲設計開發(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)網的崛起，RFID技術已經廣泛滲透到零售、物流、交通、醫(yī)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(lián)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(xiàn)無源的電子系統(tǒng)，無疑是IoT應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，富士通已經成功實現(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(tǒng)設計創(chuàng)造了基礎。據(jù)悉，該芯片支持EPC Global C1G2 Ver.1.2通信規(guī)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(xiàn)傳感器、顯示器等電子產品的控制和數(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)療場景下的鍵盤設備。這些醫(yī)療設備經常處于射線環(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(jù)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(yè)鍵盤的量產。

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)新應用之一。當下無人商店的發(fā)展非常迅速，物流、工業(yè)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(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(jù)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(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、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(jiān)測的解決方案，成為IoT場景下的代表應用之一。

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(jù)復旦大學管理學院發(fā)布的《移動物聯(lián)網（2017）行業(yè)研究報告》，2020年中國Mobile IoT業(yè)務總體規(guī)模預計達到1.76萬億元，其中以GNSS技術為支撐的相關業(yè)務發(fā)展是主力軍，預計到2025年全球GNSS技術支撐的物聯(lián)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(wěn)定可靠的GNSS產品。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)網趨勢下的電子系統(tǒng)設計正發(fā)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(chuàng)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(lián)手打造完整的解決方案，為加快物聯(lián)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(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品和設計能力，還代理了眾多大品牌產品的分銷業(yè)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(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(huán)壽命長的特點，所以在帶太陽能電池或風力發(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！”

圖6：Rubycon超級電容為物聯(lián)網應用提供高效的電源輸入輸出