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一板搞定動態(tài)NFC——M24SR Discovery深度評測

2016-04-29
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作者：劉昆磊
來源：21ic

[導讀]
來自意法半導體的M24SR-DISCOVERY板載一顆SOP8封裝的M24SR系列的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，可應(yīng)用于家居自動化、智能儀表、工業(yè)生產(chǎn)、安防等多領(lǐng)域，方便用戶快速開發(fā)動態(tài)NFC標簽應(yīng)用。

(1)NFC有2種工作模式，分別是被動模式和主動模式。

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

在主動工作模式中，兩個 NFC 設(shè)備都會產(chǎn)生射頻場。與被動模式相比，工作距離可以達到 20 cm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達 6.78Mbit/s。射頻傳輸是半雙工工作，因為射頻通道同時用于發(fā)送和接收。為防止沖突，設(shè)備工作時遵守“說前先聽(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、卡仿真模式和點對點模式。

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)讀取來自部件的信息執(zhí)行操作。例如，靠近 NFC 標簽的 NFC 手機會檢索到一個 URL，并鏈接到相應(yīng)的網(wǎng)站。它可以在無需打字的情況下發(fā)送 SMS (短消息服務(wù))文本、獲得優(yōu)惠券、啟動配對動作、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)備的工作類似于標準的非接觸式智能卡。這讓它可以用于已有的非接觸式智能卡基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)訪問控制、非接觸式支付、固件更換或數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌７抡嬷悄芸ǖ?NFC 設(shè)備通常工作在被動 NFC 模式，此時的數(shù)據(jù)傳輸是安全的。

在點對點 (P2P)中，具有 NFC 功能的設(shè)備工作在主動模式。其中的一個設(shè)備會發(fā)起通信鏈接。一旦鏈接建立，設(shè)備就會交替地與其他設(shè)備通信，并遵守 “ 說前先聽 (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、意法半導體(ST)公司NFC芯片

意法半導體公司開發(fā)制造了三種類別的NFC芯片，分別是靜態(tài)標簽、動態(tài)標簽和 P2P 接口芯片。可以實現(xiàn)使用智能卡的簡單標簽應(yīng)用到智能手機等復雜產(chǎn)品。

(1)靜態(tài)標簽芯片(ST25TA)

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

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圖2-3 靜態(tài)標簽原理

(2) 動態(tài)標簽芯片(M24LR 和 M24SR)

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

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圖2-4 動態(tài)標簽原理

(3)點對點 (P2P)接口芯片(ST95HF)

點對點 (P2P)通信模式是一種主動 NFC 工作模式，需要兩個主動 NFC 設(shè)備參與。這類芯片不但支持動態(tài)標簽 IC 功能，還需要支持自身產(chǎn)生射頻場，并提供 RAM 緩存等物理設(shè)備。智能手機等需要支持 P2P 模式的設(shè)備利用這種 NFC 接口芯片，能夠同時滿足動態(tài)和靜態(tài)標簽接口芯片的要求。

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圖2-5 點對點原理

3、M24SR-DISCOVERY評估板結(jié)構(gòu)

M24SR-DISCOVERY是意法半導體ST公司提供的用以評估基于M24SR系列的動態(tài)NFC功能的演示套件。該套件有兩個版本可供選擇：標準版和高級版。高級版包括所有的標準版功能外，還具備了藍牙模塊和耳機，用以實現(xiàn)NFC智能手機與藍牙模塊一觸即配的快速配對功能。

M24SR64設(shè)備是一個動態(tài)的NFC/RFID標簽芯片，內(nèi)部嵌入了64Kb的EEPROM存儲器，可以從一個I2C接口或通過一13.56MHz下操作RFID閱讀器或NFC手機連接。M24SR-DISCOVERY評估板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。

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圖2-6 M24SR-DISCOVERY評估板結(jié)構(gòu)

其主要特點：

配備M24SR64-Y動態(tài)NFC / RFID標簽

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存儲器

配備320 *200像素的彩色液晶LCD屏

使用MicroB型USB接口為評估板供電

JTAG連接器可對微控制器進行編程調(diào)試

5向操縱桿用于菜單選擇

藍牙模塊音頻輸出

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圖2-7 M24SR-DISCOVERY評估板正面布局

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圖2-8 M24SR-DISCOVERY評估板背面布局

4、MS24R芯片

在M24SR-DISCOVERY評估板上板載了一顆SOP8封裝的M24SR64-Y動態(tài)NFC/RFID 標簽芯片。

M24SR64-Y 設(shè)備為具有雙接口的動態(tài)NFC/RFID標簽IC。它內(nèi)置有EEPROM 存儲器�？赏ㄟ^I2C接口或13.56 MHz RFID 讀卡器或NFC 電話對其進行操作。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 類標簽兼容。由于RF 和I2C主機可讀或?qū)懲淮鎯ζ�，因此同一時刻只能有一臺主機與M24SR64-Y 進行通信。