智能化与物联网的大潮中 FRAM助力三表设计新突破

　前些年随着一部轻喜剧的播出，“查水表”一词已被引申为调侃之语了。而伴随着智能化大潮的到来，这个曾与我们老百姓生活息息相关的词在日常生活中也正与我们渐行渐远，因为传统三表已经实现了智能计量和无线数据采集、数据实时存储和无线采集。作为其中的关键环节，数据存储的低功耗和可靠性越来越受到关注。在不久前闭幕的智能水/气计量产业链高峰论坛（WATER & GAS METERING China2016）上，富士通电子元器件（上海）有限公司亚太区市场部总经理王钰针对三表数据存储发表了专题演讲。

　　作为三表中智能化走得较早的电表，其智能化普及程度远远领先于气表和水表，业界曾预测智能电表的普及率在2016年将超过90%。“富士通全球FRAM存储器销量在2015年就已经累计超过25亿片，而这其中很大部分是应用于电表中的，而中国是全球电表制造的中心。”王钰指出。然而，水表/气表的电气化能力和电表相比还有相当大的差距。“FRAM在水/气表中的应用也能看出这点，水/气表的智能化刚刚开始，远较电表落后，但趋势已经启动，目前陆续已经有十多家水/气表公司采用我们的方案批量上市。”王钰介绍道，“而阶梯价格政策，也进一步推动着智能水气表计的发展，对于水/气表的性能有了更高的要求。以FRAM为代表的高性能方案正在迎来好的机遇。”

　　图1：计量行业人气齐聚、济济一堂的富士通FRAM主题演讲会场

　　水气计量智能化的存储新需求

　　阶梯收费要求水表/气表存储更多的信息，而且还要低功耗，这对于水表/气表存储关键数据的器件就提出了更高的要求。特别是为建设节水型社会，国家相关部门已明确提出用水要全面实施阶梯收费，水表改造的推进实现将快速推动数据存储等电子元件在水表/气表中的应用，特别是对存储器功耗、耐久性和可靠性提出新的需求。

　　“随着阶梯水价政策的提出，我国的水/气都在涨价，涨价的原因在于阶梯收费会增加水表/气表的成本，因为阶梯收费要求水表/气表能存储更加多的信息，而且还要低功耗，这对于水表/气表存储关键数据的器件就提出更高的要求。”王钰指出。

　　图2：几种存储解决方案的性能对比

　　传统的三表存储方案通常基于EEPROM或Flash实现，然而，这两类器件在性能上有明显的不足。“EEPROM和Flash存储器能写入大约100万次，如果按0.5秒记录一次数据计算， EEPROM仅5天就将“寿终正寝”，难以支持实时记录的要求。”王钰表示。据悉，使用EEPROM时，很多厂商为了避免达到EEPROM的写入极限，频繁使用EEPROM/Flash的耗损均衡技术(wear leveling)。此外，作为电池供电的设备，水/气表的功耗也是需要考虑的问题，如何在存储环节省下每一个uW的功耗？

　　FRAM是克服存储三大痛点的正解

　　“FRAM存储作为EEPROM的‘天然’替代解决方案，已经在智能电表中获得普及性应用。”王钰指出，“这种替代行动大约从2015年前就开始了。随着FRAM技术的成熟，产品更加广泛、价格逐渐走低，已经成为当前智能电表的主流选择。全球电力仪表知名企业Top 10中已有6家的电表在采用富士通 FRAM！而在水/气表行业，目前正像四、五年前的智能电表行业一样，FRAM正在迅速导入到业界的新方案设计中。”

　　FRAM为何能续写智能电表行业“攻城略地”的成功？王钰认为主要缘于FRAM完美地从以下三方面解决了水/气表设计的痛点：

　　FRAM为超低功耗非易失性存储器，功耗预算极低（富士通FRAM 功耗仅为EEPROM的1/50）；

　　FRAM具有高速写入特点，无须超级电容；

　　FRAM具有高读写耐久性，运行软件简单，无须耗损均衡(wear leveling)。

　　图3：FRAM显著的读写速度优势

　　水表/气表都是采用电池供电的设备，里面的电池需要使用10-15年，因此功耗预算非常敏感，电路的所有环节都需要尽量降低功耗。“FRAM本身功耗就很低，加之富士通FRAM的读写高速性能将大大缩短微处理器演算状态，延长其待机状态，因而能进一步延长电池寿命。”。王钰在演讲中介绍道，在相同的比较条件下（比较元件容量为16Kbit，功耗包括待机电流），采用EEPROM 耗电量高达500mAh，而采用FRAM的耗电量仅10mAh，后者仅为前者的1/50！