NFC

NFC标签类型的深度

2021-04-14 10:30:24 明申科技 25

NFC虽然在许多方面与RFID相似,并且其历史基于RFID,但它是一个独立的概念。在RFID具有无源和有源标签的情况下,可以从相对长的距离读取有源标签,而NFC就像其名称所暗示的那样,在电磁场的近场区域中起作用。

RFID仍然存在,并将在可预见的将来。NFCRFID的直接发展,您也许可以考虑并行分支。在最基本的级别上,NFC通常是两个电感耦合设备,其通信是通过调制无源设备吸收的功率来执行的。无源RFID吸收RF功率,然后将其用于将数据传输回读取器-有源RFID可以使用其自身的电源将数据传输回读取器。与NFC一样,规则总是有例外-5型NFC标签的工作距离更长(可达1米),但我们稍后再讲。

在NFC的最典型实现中,一个设备是主动设备,在通信中充当主设备,并创建将为无源从设备供电的调制RF近场。主动设备通常使用读取器的名称,而被动设备则称为标签。标签的常见示例包括贴纸和嵌入式系统;您可能会在日常生活中看到的最常见的NFC阅读器是智能手机或支付终端。

近场通讯

在典型的RF通信中,发射天线将RF信号发射到自由空间中,要求至少λ/ 4(四分之一波长)的天线有效。当两个RF设备之间的距离超过2λ(两个波长)时,例如,对于2.4GHz信号,约为245mm(10英寸)时,通常可以相互通信。

NFC而是在λ/ 2以下(小于波长的一半)的空间近场区域内通信。两个近场设备用作缠绕在公共磁芯上的耦合电感或变压器的两个线圈。

NFC技术参数

由于NFC标签在近场中运行,因此技术功能和规格与您可能更熟悉的更传统的基于远场的无线技术完全不同。让我们看一下与NFC相关的一些有趣的技术数据,以及将其与远场无线技术进行比较的方法。

工作距离

尽管在遵守标准的情况下,专用的点对点设备可以达到100Km以上,但估计2.4GHz WiFi设备的典型最大室外范围约为50至75米。蓝牙设备在相同的2.4GHz WiFi上运行时,会折衷带宽以提高功耗,并针对5.0版本扩展到300米以上。LoRa设备的范围可以超过10Km,其功耗要远远低于这两种技术,并且带宽非常有限。

NFC受设计限制为最大10厘米。

近场磁感应通信系统(例如NFC)具有非常严格的功率密度。功率密度以与第六功率的范围的倒数成比例的速率衰减。这远大于远场通信,以至于在13.56MHz(NFC最常见的频率)的近场区域结束时,其能量水平比远场通信低10,000至1,000,000倍(-40dB至-60dB)。等效的故意远场发射机。

像任何好的规则一样,这也有例外。使用ISO-15693协议的NFC 5类标签可以通过专用硬件读取长达一米的距离;但是,实际上,即使不是全部,大多数智能手机也只能遵守10厘米的限制。一些高性能NFC天线允许读取距离不超过15厘米的标签,而在频谱的另一侧,一些较小的标签将距离限制在2厘米左右。

减小的距离导致用户需要明确的物理动作以使协议起作用。与WiFi和蓝牙的始终在线特性相反,NFC是唯一需要用户采取有意识的操作才能使用的唯一广泛的无线通信协议。

频率

MHz是人们无法期望在现代智能手机的无线规格中找到的一种测量单位。iPhone 11具有高达8GHz的通信频率,而60GHz WiGig设备在市场上越来越受欢迎。NFC采用了不同的方法,降低了功耗,范围,价格和频率。

与广泛的高速连接相比,有限的频率加上短距离,使得NFC天线的实施相对没有压力。出于简单或经验不足的考虑,明智的设计人员可能希望为蓝牙或WiFi采用带有集成天线的模块。在NFC领域,如果您遵循IC的建议,则无论微小的制造差异或附近的物体(例如在微波频率下),您的设计都可能表现良好。

数据速率

NFC标准支持的最大带宽为424Kbit / s,约为传统拨号56K连接速度的八倍。该限制使该标准在性能上可与蓝牙媲美,约为4.0版本数据速率的一半。不幸的是,该标准有很多开销,并且大多数设备通常以50Kbit / s的速度运行。即使连接上的数据速率如此有限,又有一些独创性和创造力,应用程序却无穷无尽。由于大多数标签上的内存相对有限,因此几乎不需要更高的数据速率。

记忆

大多数型号的NFC标签都包含100字节至1KB的内存,尽管可用型号的内存容量高达64 KB。这些较大的存储容量通常用于智能卡

尽管此存储量听起来有些限制,但它允许大量8-16位(1-2字节)传感器读数或有关Tag所附着内容的数据。

当前抽奖

许多NFC IC提供能量收集输出,在较好条件下可提供约5mA的电流。以下是对于小于5mA的处理方法没有特别的建议:

为外部传感器和模拟电路供电。就温度感测而言,带有嵌入式温度传感器的NFC IC已经广泛用于跟踪易腐货物。

为外部存储器供电,其容量要大于NFC IC所提供的容量。

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价钱

NFC标签,标签和基本IC被广泛用于资产跟踪,因此需要非常实惠。如果超市中的每件商品上都贴有NFC标签,或服装店中的每件服装,即使每个标签50c,也会很快变得不受欢迎。幸运的是,NFC的简单性使标签和基本标签的生产变得容易,每个标签的成本在10c到50c之间,具体取决于体积。

阅读NFC标准时,您会发现它们已被构建为支持多种现有标准和应用程序。幸运的是,出于我们的理智,几乎没有从事主流NFC实施工作的电子工程师都需要了解NFC标签类型的深度。所有现代智能手机都必须支持每种标签类型,以符合NFC标准。数据表中会清楚说明每个NFC IC的功能和特性,无论是有源还是无源,标签或读取器,贴纸或整个SoC。

标记类型2可以满足NFC论坛标记类型2的绝大多数NFC卡,不干胶标签和资产标签。通过NFC通信或用于连接微控制器的I2C接口,可以进行基本的信息存储和检索。

标签类型4主要支持在存储和检索基础上执行计算的功能以及高级安全功能。最后,如果您需要长时间阅读并允许用户通过智能手机与标签进行交互,则将需要标记类型5。

如果您要为自定义应用程序构建阅读器,则您使用的标签类型很可能取决于应用程序以及可以购买的标签,而不是选择特定的标签类型。如果要构建自定义标签,通常也会为您做出选择,因为用于标签实现的NFC IC将确定标签类型。

NFC论坛标记类型1

如数字所示,NFC 1类标签是所有NFC标签类型中最简单,非常便宜的。典型的Type 1标签支持只读或一次写入操作。但是,可以使用具有R / W功能的模型,它们通常具有大约一百个字节(最大2 Kbyte)的内存,并且具有相对较慢的106kbit / s带宽。典型的应用包括贴纸,市场营销,产品跟踪,因此,这些标签对于普通电子工程师来说意义不大。

NFC Type 1标签采用的标准是ISO-14443A。

NFC论坛标签类型2

与Type 1标签类似,NFC Type 2标签在只读和读写应用程序中仅支持ISO-14443A。许多2型IC提供能量收集功能以及与外部微控制器的I2C连接。但是,类型2标签普遍用作贴纸,卡片和票证。

如上所述,Type 2标签是市场上最常见的标签,其形状和尺寸范围很广,可用于粘贴到电缆扎带的标签。

NFC论坛标记类型3

基于Sony FeliCa协议的Type 3标签主要在日本和亚洲使用。在日本相关市场中,此标签类型经常用于电子货币,身份证明,公交票和类似应用。该标准在国际电子商品中的采用受到限制,其主要用途包括支持旧版应用程序。

NFC论坛标签类型4

与ISO-14443A和ISO-14443B协议兼容的Type 4标签增加了对用于智能卡识别的ISO-7815标准的支持。这些标签可以修改其内存中包含的数据,并且通常用于安全性,标识和支付应用程序。

NFC论坛标记类型5

Type 5标签是要发布的最新规范。底层物理层与所有其他NFC标签类型不同,因为它基于RFID技术(ISO-15693)而不是ISO-14443A,从而允许最大1.5m的读取距离。但是,像其他任何NFC标签类型一样,客户NFC设备(例如智能手机)的最大长度限制为10厘米,并且与更远的地方进行交互需要专门的阅读器。

NFC互动的类型

NFC支持三种主要的通信模式:读/写,对等和卡仿真。

读/写模式

读写模式是NFC标准中最简单,最常见的操作模式。NFC标签实现了一种存储器,其内容通常由NDEF(NFC数据交换格式)格式的数据组成。读取器可以读取或写入此类存储器的内容。

定义非常简单,但是与电子产品中的大多数简单概念一样,它的用途也非常广泛。

NFC标签具有完整的SoC(片上系统)功能或与外部微控制器连接时,通常不仅可以由读取器访问,而且可以由标签本身访问。在这种情况下,标签充当双端口内存,就像两台计算机访问的数据库一样。此外,标签本身可以由NFC读取器和/或辅助MCU供电。因此,无论访问何处,Tag始终可以供电,就像托管在Internet上某个地方的数据库一样。

对等模式

在对等模式下,两个活动设备通过以下两种方法之一相互通信。

一台设备可以模拟为标签,而另一台设备可以模拟为阅读器。这种情况显然是主从解决方案。它非常适合系统中具有“智能”和“笨拙”部分的情况,例如主微控制器通过物理屏障与较小的辅助MCU通信。此模式还允许系统保持与智能手机的兼容性,因为智能手机本身可以充当读取器,而嵌入式设备可以充当标签。

通过称为LLCP(逻辑链路控制协议)的协议来实现对等网络是一种更抽象的方法,但也更加灵活连接。LLCP协议旨在允许在两个类似于BSD套接字的活动设备之间进行任意灵活的通信,并且许多嵌入式和Unix程序员都熟悉这种协议。独特的是,LLCP协议允许通过NFC连接快速移植现有协议,例如Modbus,RS485,CAN,LIN或UART,从而实现新颖的通信方式。

通过LLCP协议交换数据的缺点是缺乏对智能手机的支持,只能将其委托给嵌入式到嵌入式通信或嵌入式到PC。如果您要构建自定义NFC应用程序,或者可以使用NFC来满足项目要求而无需智能手机集成,那么如果需要近距离无线连接,LLCP可能就是您想要的。


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