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一板搞定動(dòng)態(tài)NFC——M24SR Discovery深度評(píng)測(cè)

2016-04-29
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作者：劉昆磊
來(lái)源：21ic

[導(dǎo)讀]
來(lái)自意法半導(dǎo)體的M24SR-DISCOVERY板載一顆SOP8封裝的M24SR系列的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，可應(yīng)用于家居自動(dòng)化、智能儀表、工業(yè)生產(chǎn)、安防等多領(lǐng)域，方便用戶快速開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)NFC標(biāo)簽應(yīng)用。

(1)NFC有2種工作模式，分別是被動(dòng)模式和主動(dòng)模式。

在被動(dòng)工作模式中，僅有一個(gè) NFC 設(shè)備產(chǎn)生射頻場(chǎng)。這意味著它是主動(dòng)的，并一直扮演NFC 發(fā)起者的角色。其他設(shè)備是被動(dòng)的，并一直扮演 NFC 目標(biāo)的角色。根據(jù)天線尺寸和場(chǎng)調(diào)制幅度的不同，其工作距離可以達(dá)到 10 cm，離散數(shù)據(jù)速率從 106kbit/s 到 848 kbit/s。

在主動(dòng)工作模式中，兩個(gè) NFC 設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生射頻場(chǎng)。與被動(dòng)模式相比，工作距離可以達(dá)到 20 cm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 6.78Mbit/s。射頻傳輸是半雙工工作，因?yàn)樯漕l通道同時(shí)用于發(fā)送和接收。為防止沖突，設(shè)備工作時(shí)遵守“說(shuō)前先聽(tīng)(listen-before-talk)”協(xié)議。

(2)NFC技術(shù)有3種通信模式，分別是讀 / 寫模式、卡仿真模式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式。

工作于讀 / 寫模式的 NFC 設(shè)備從 NFC 部件讀取數(shù)據(jù)或向其寫入數(shù)據(jù)。隨后它可能根據(jù)讀取來(lái)自部件的信息執(zhí)行操作。例如，靠近 NFC 標(biāo)簽的 NFC 手機(jī)會(huì)檢索到一個(gè) URL，并鏈接到相應(yīng)的網(wǎng)站。它可以在無(wú)需打字的情況下發(fā)送 SMS (短消息服務(wù))文本、獲得優(yōu)惠券、啟動(dòng)配對(duì)動(dòng)作、獲得電子名片(Vcard)等。該模式使用 NFC 論壇定義的消息格式。這種數(shù)據(jù)傳輸不安全。

在卡仿真模式下，NFC 設(shè)備的工作類似于標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式智能卡。這讓它可以用于已有的非接觸式智能卡基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制、非接觸式支付、固件更換或數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮�。仿真智能卡�?NFC 設(shè)備通常工作在被動(dòng) NFC 模式，此時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸是安全的。

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (P2P)中，具有 NFC 功能的設(shè)備工作在主動(dòng)模式。其中的一個(gè)設(shè)備會(huì)發(fā)起通信鏈接。一旦鏈接建立，設(shè)備就會(huì)交替地與其他設(shè)備通信，并遵守 “ 說(shuō)前先聽(tīng) (listen-beforetalk)” 規(guī)則。該通信模式下的數(shù)據(jù)交換相比其他模式更快。

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圖2-2 NFC通信模式

2、意法半導(dǎo)體(ST)公司NFC芯片

意法半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)制造了三種類別的NFC芯片，分別是靜態(tài)標(biāo)簽、動(dòng)態(tài)標(biāo)簽和 P2P 接口芯片。可以實(shí)現(xiàn)使用智能卡的簡(jiǎn)單標(biāo)簽應(yīng)用到智能手機(jī)等復(fù)雜產(chǎn)品。

(1)靜態(tài)標(biāo)簽芯片(ST25TA)

靜態(tài) NFC 標(biāo)簽不能產(chǎn)生射頻場(chǎng)，它屬于被動(dòng) NFC 設(shè)備。存儲(chǔ)在靜態(tài)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)可以由 NFC 讀取器、智能手機(jī)等主動(dòng)NFC 設(shè)備讀取或修改。

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圖2-3 靜態(tài)標(biāo)簽原理

(2) 動(dòng)態(tài)標(biāo)簽芯片(M24LR 和 M24SR)

該 IC 類型可確保動(dòng)態(tài) NFC 標(biāo)簽正常工作。動(dòng)態(tài)標(biāo)簽通常集成到電子設(shè)備中。當(dāng)與 NFC 設(shè)備 (讀取器)交互時(shí)，它的特性和工作方式與靜態(tài)標(biāo)簽都相同。除完全支持靜態(tài)標(biāo)簽的功能以外，集成動(dòng)態(tài)標(biāo)簽芯片還提供了比如I2C等接口，可以讓微控制器MCU讀寫標(biāo)簽存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。

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圖2-4 動(dòng)態(tài)標(biāo)簽原理

(3)點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (P2P)接口芯片(ST95HF)

點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (P2P)通信模式是一種主動(dòng) NFC 工作模式，需要兩個(gè)主動(dòng) NFC 設(shè)備參與。這類芯片不但支持動(dòng)態(tài)標(biāo)簽 IC 功能，還需要支持自身產(chǎn)生射頻場(chǎng)，并提供 RAM 緩存等物理設(shè)備。智能手機(jī)等需要支持 P2P 模式的設(shè)備利用這種 NFC 接口芯片，能夠同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)和靜態(tài)標(biāo)簽接口芯片的要求。

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圖2-5 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)原理

3、M24SR-DISCOVERY評(píng)估板結(jié)構(gòu)

M24SR-DISCOVERY是意法半導(dǎo)體ST公司提供的用以評(píng)估基于M24SR系列的動(dòng)態(tài)NFC功能的演示套件。該套件有兩個(gè)版本可供選擇：標(biāo)準(zhǔn)版和高級(jí)版。高級(jí)版包括所有的標(biāo)準(zhǔn)版功能外，還具備了藍(lán)牙模塊和耳機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)NFC智能手機(jī)與藍(lán)牙模塊一觸即配的快速配對(duì)功能。

M24SR64設(shè)備是一個(gè)動(dòng)態(tài)的NFC/RFID標(biāo)簽芯片，內(nèi)部嵌入了64Kb的EEPROM存儲(chǔ)器，可以從一個(gè)I2C接口或通過(guò)一13.56MHz下操作RFID閱讀器或NFC手機(jī)連接。M24SR-DISCOVERY評(píng)估板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。

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圖2-6 M24SR-DISCOVERY評(píng)估板結(jié)構(gòu)

其主要特點(diǎn)：

配備M24SR64-Y動(dòng)態(tài)NFC / RFID標(biāo)簽

板載31毫米×30mm的13.56 MHz的雙電層蝕刻在PCB上電感天線

板載LQFP64引腳封裝的STM32F103RGT6微控制器，基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，1M字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器

配備320 *200像素的彩色液晶LCD屏

使用MicroB型USB接口為評(píng)估板供電

JTAG連接器可對(duì)微控制器進(jìn)行編程調(diào)試

5向操縱桿用于菜單選擇

藍(lán)牙模塊音頻輸出

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圖2-7 M24SR-DISCOVERY評(píng)估板正面布局

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圖2-8 M24SR-DISCOVERY評(píng)估板背面布局

4、MS24R芯片

在M24SR-DISCOVERY評(píng)估板上板載了一顆SOP8封裝的M24SR64-Y動(dòng)態(tài)NFC/RFID 標(biāo)簽芯片。

M24SR64-Y 設(shè)備為具有雙接口的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC。它內(nèi)置有EEPROM 存儲(chǔ)器�？赏ㄟ^(guò)I2C接口或13.56 MHz RFID 讀卡器或NFC 電話對(duì)其進(jìn)行操作。I2C 接口使用二線串行接口，它在I2C 協(xié)議中表現(xiàn)為從設(shè)備。RF 協(xié)議與ISO/IEC 14443 A 類和NFC 論壇4 類標(biāo)簽兼容。由于RF 和I2C主機(jī)可讀或?qū)懲淮鎯?chǔ)器，因此同一時(shí)刻只能有一臺(tái)主機(jī)與M24SR64-Y 進(jìn)行通信。