彭銳波

摘 要：傳統(tǒng)的RFID/NFC電子標(biāo)簽技術(shù)已經(jīng)很成熟，使用廣泛，但普遍容量較低，不適合用于一些對(duì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量要求較大的應(yīng)用場(chǎng)合，如環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和星歷數(shù)據(jù)的裝訂等。M24SR64是意法半導(dǎo)體推出的新一代NFC電子標(biāo)簽芯片，文章通過研究該芯片的參數(shù)特性，設(shè)計(jì)一款大容量多用途RFID/NFC電子標(biāo)簽。

關(guān)鍵詞：NFC；標(biāo)簽；RFID

引言

NFC（Near Field Communication）近場(chǎng)通信技術(shù)一種是由無線射頻識(shí)別（RFID）及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來的技術(shù)，是由索尼、飛利浦和諾基亞共同制定標(biāo)準(zhǔn)和研發(fā)的一種通信方式，NFC技術(shù)將電磁耦合式感應(yīng)卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等功能整合于單一的芯片上，能在10cm的距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行雙向半雙工的數(shù)據(jù)交換。NFC的工作頻率為13.56MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度有106kbit/秒、212kbit/秒、424kbit/秒以及848kbit/秒四種，NFC技術(shù)可用于付款和購(gòu)票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)用非常廣泛。

1 基于M24SR64的大容量NFC電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

M24SR64是意法半導(dǎo)體推出的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽集成電路，具有64-Kbit EEPROM，具有雙接口，可通過I2C接口或13.56MHz 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，包括雙向數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線。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，使用106kbit/秒數(shù)據(jù)傳輸速度，支持NFC數(shù)據(jù)交換格式（NDEF）和128位密碼保護(hù)安全機(jī)制，具有7字節(jié)唯一標(biāo)識(shí)符（UID），數(shù)據(jù)保存期限長(zhǎng)達(dá)200年，EEPROM存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)能擦寫一百萬次。該芯片提供三種封裝選擇SO8、TSSOP8、UFDFPN8。

正是由于M24SR64上述優(yōu)勢(shì)，此芯片非常適合用于設(shè)計(jì)低成本的大容量雙接口NFC標(biāo)簽，經(jīng)過選型和設(shè)計(jì)，選用UFDFPN8這種封裝作為設(shè)計(jì)的RF芯片，芯片尺寸僅為2mm×3mm。因?yàn)樾枰ㄟ^I2C讀取M24SR64的內(nèi)部數(shù)據(jù)并上傳給上傳給上位機(jī)，所以該設(shè)計(jì)需要配備一個(gè)單片機(jī)作為主控芯片，經(jīng)過選型，選用封裝為UFQFPN28的STM32F031G4作為主控芯片，成本低，性能高，而且其大小僅為4mm×4mm。

該設(shè)計(jì)的電路主要包括：電源管理電路、單片機(jī)電路、M24SR64外圍電路及天線。在使用I2C接口時(shí)，電源管理芯片將外部輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，供單片機(jī)、RS232芯片及M24SR64使用，在收到上位機(jī)相關(guān)指令時(shí)將從M24SR64的EEPROM中讀取指定區(qū)域的數(shù)據(jù)，并且通過RS232上傳給上位機(jī)使用，或者是把上位機(jī)通過RS232發(fā)送下來的數(shù)據(jù)寫進(jìn)M24SR64的EEPROM的指定區(qū)域中。

作為RFID/NFC標(biāo)簽使用時(shí)，不需要額外的電源供電，標(biāo)簽通過天線與RFID/NFC讀寫設(shè)備進(jìn)行電磁耦合獲取能量激活并且工作，RFID/NFC讀寫設(shè)備能對(duì)標(biāo)簽內(nèi)部的64Kbit的儲(chǔ)存空間進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭氲牟僮?。由M24SR64的官方手冊(cè)得知其內(nèi)部的天線調(diào)諧電容為25pF，工作頻率為13.56MHz，通過LC諧振公式f=■計(jì)算得出標(biāo)簽天線的電感值為5.5uH，同時(shí)由于M24SR64是基于ISO14443A協(xié)議進(jìn)行RF通信的，其副載波頻率為847k，標(biāo)簽數(shù)據(jù)的編碼格式為曼徹斯特編碼，對(duì)天線的帶寬要求為2MHz，根據(jù)Q=f/B，得出標(biāo)簽天線的Q約為7，采用雙面線圈技術(shù)，由此設(shè)計(jì)出來的標(biāo)簽天線大小為26×26mm。

2 雙接口NFC標(biāo)簽的實(shí)物圖及性能

按照上述思路設(shè)計(jì)標(biāo)簽，標(biāo)簽采用羅杰斯高頻PCB板材，供電及RS232通信接口標(biāo)準(zhǔn)的2.54XH連接器，天線與主板采用1.0排針連接或者使用專用的饋線進(jìn)行長(zhǎng)距離連接，最終設(shè)計(jì)模塊如圖1所示，尺寸僅一枚一元硬幣大小。實(shí)測(cè)性能，作為RFID/NFC標(biāo)簽使用時(shí)，使用基于NXP公司RC522的RFID讀寫模塊，讀取距離能達(dá)到5cm以上，寫入距離在3cm以上，連續(xù)寫入64Kbit數(shù)據(jù)的時(shí)間為7.73秒，連續(xù)讀出64Kbit數(shù)據(jù)的時(shí)間為5.86秒。作為I2C儲(chǔ)存器使用時(shí)，使用5V供電，連續(xù)寫入64Kbit數(shù)據(jù)的時(shí)間為3.35秒，連續(xù)讀出64Kbit數(shù)據(jù)的時(shí)間為1.86秒，而且電流僅為12mA。

3 結(jié)束語

由于使用了主控板與天線板分離設(shè)計(jì)的方式，天線板能配合特殊的鐵氧體吸波材料，將天線板放置到金屬材料上，通過專用的饋線連接主控板，從而成為抗金屬的RFID/NFC標(biāo)簽，具有很廣泛的實(shí)用價(jià)值。此款雙接口NFC標(biāo)簽非常適合應(yīng)用到智能生產(chǎn)的項(xiàng)目上及集成到各種移動(dòng)設(shè)備中作為數(shù)據(jù)裝訂使用，并且已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家專利，在后續(xù)的研究中會(huì)以進(jìn)一步提升其性能為方向，使其應(yīng)用范圍更加廣闊。