錢委

摘 要：本文從NFC 的含義和通信模式出發(fā)，進(jìn)一步分析了嵌入式DMI操作屏NFC技術(shù)的應(yīng)用原理，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，希望為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供現(xiàn)實(shí)性參考意見。

關(guān)鍵詞：嵌入式DMI操作屏；NFC技術(shù)；原理；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1. NFC簡介

NFC近場通信（Near Field Communication）是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在10cm內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。該技術(shù)由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自開發(fā)成功，主要用于手機(jī)等手持設(shè)備中提供M2M的通信。

2. NFC通信模式

NFC有3種工作模式：被動模式、主動模式和雙向模式。

2.1被動模式

在被動模式下，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備，在整個通信過程中提供射頻場。在被動模式下，NFC終端可以被模擬成一個卡被讀或者寫，它可以選擇一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到NFC目標(biāo)設(shè)備。從設(shè)備只在其他設(shè)備發(fā)出的射頻場中被動響應(yīng)，不必產(chǎn)生射頻場，利用感應(yīng)出來的電動勢提供工作所需的電源，并使用負(fù)載調(diào)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

2.2主動模式

在主動模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。為方便通信，發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場，這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，該模式下，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。移動設(shè)備通常以被動模式操作，從而大幅降低功耗，延長電池壽命。

2.3雙向模式

在該模式下，NFC手機(jī)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，關(guān)聯(lián)應(yīng)用可以是本地應(yīng)用也可以是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。該模式的典型應(yīng)用有建立藍(lán)牙連接、交換手機(jī)名片等。

3.目前設(shè)計(jì)需求

（1）支持讀取4類基本NFC標(biāo)簽；

（2）符合標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC14443 A和B、ISO/IEC15693以及Felicia標(biāo)準(zhǔn)完全支持MIFARE技術(shù)；

（3）支持讀取單標(biāo)簽的容量不小于48字節(jié)；

（4）讀取速度不低于100kbit/s。

4.硬件設(shè)計(jì)方案

方案主控芯片采用飛思卡爾i.MX6芯片。根據(jù)恩智浦和TI的方案不同，主控MCU和NFC芯片之間的通信方式有所不同。恩智浦支持SPI總線通信，TI支持并口或者SPI通信。恩智浦現(xiàn)有的成熟方案是飛思卡爾的KL81+PN5180，恩智浦FAE評估i.MX6芯片硬件和軟件并不存在問題。TI的NFC芯片是TRF7970A，支持SPI和并口通信，該芯片在支持MIFARE卡時候需要特殊直接模式（Special direct mode）才可以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)恩智浦和TI的方案不同，主控MCU和NFC芯片之間的通信方式有所不同。恩智浦支持SPI總線通信，TI支持并口或者SPI通信。

（1）基于恩智浦（NXP）的NFC方案

PN5180是恩智浦主推芯片，也是目前恩智浦市場上最好的完全支持NFC的前端。作為高度集成的完全符合NFC Forum的前端IC，此前端IC可在13.56 MHz時進(jìn)行免接觸式通信，利用完全集成的出色調(diào)制和解調(diào)概念，以符合各種免接觸式通信方式和協(xié)議PN5180，確保與新一代支持NFC的手機(jī)實(shí)現(xiàn)最大的互操作。PN5180適用于POS終端應(yīng)用，具有大功率NFC前端功能，能夠達(dá)到射頻級的EMV標(biāo)準(zhǔn)，且無需增加外部有源組件。PN5180前端IC支持的操作模式：

？ 讀/寫器模式，支持ISO/IEC 14443-A，速率高達(dá)848 kBit/s，MIFARE

？ 讀/寫器模式，讀/寫器模式，支持JIS X 6319-4 （與FeliCa兼容）

？ 讀/寫器模式，支持ISO/IEC 15693

？ 讀/寫器模式，支持ISO/IEC 18000-3模式3

？ ISO14443 A型卡仿真速率高達(dá)848 kBit/s

采用基于SPI的主機(jī)控制器接口可實(shí)現(xiàn)：

？ 串行外設(shè)接口（SPI），數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)7 Mbit/s，提供MOSI、MISO、NSS和SCK信號

？ 中斷請求線路，發(fā)生事件時可通知主機(jī)控制器

？ SPI MISO線路上的EEPROM可配置的上拉電阻器

？ 占線，用來指示可讀取的主機(jī)可用性數(shù)據(jù)

（2）基于德州儀器 （TI）的NFC 方案。

TRF7970A芯片是一款用于 13.56MHz RFID/近場通信系統(tǒng)的集成模擬前端和數(shù)據(jù)組幀器件，內(nèi)置編程選項(xiàng)使得此器件適合于廣泛的相鄰或者附近識別系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠執(zhí)行RFID/NFC讀取器、NFC對等點(diǎn)、或者卡仿真3種模式中的任一模式。通過在控制寄存器中選擇所需的協(xié)議可對TRF7970A到所有控制寄存器直接存取，可根據(jù)需要對不同的讀取器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

TRF7970A芯片特性：

？ 支持近場通信 （NFC） 標(biāo)準(zhǔn) NFCIP-1 （ISO/IEC 18092） 和 NFCIP-2 （ISO/IEC 21481）

？ 針對 ISO15693，ISO18000-3，ISO14443A/B，和 Felica 的完全集成協(xié)議處理

？ 針對所有三位速率 （106kbps，212kbps，424kbps） 和卡仿真的集成編碼器、解碼器、和數(shù)據(jù)組幀 NFC 發(fā)送方、有源和無源目標(biāo)方操作

？ 可編程輸出功率：+20dBm （100mW），+23dBm （200mW）

？ 來自 13.56MHz 或者 27.12MHz 晶振振蕩器的可編程系統(tǒng)時鐘頻率輸出 （RF，RF/2，RF/4）

5. 需要關(guān)注的技術(shù)點(diǎn)

（1）TI的芯片兼容MIFARE卡問題

發(fā)送信號的時候MIFARE需要特殊直接模式（Special direct mode）才可以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)入特殊直接模式時需要用到硬件上的3個I/O口，硬件設(shè)計(jì)時和控制芯片之間除了SPI通信外需要額外增加三路I/O通信。

（2）天線在NFC通信中應(yīng)用

常見的天線有3款，分別是雙面矩形天線、雙面螺旋天線、單面圓角矩形天線。天線的基本參數(shù)決定了兩者之間的通信效果和通信距離，受到顯示屏的結(jié)構(gòu)限制，結(jié)構(gòu)給出的天線位置寬度不到25mm，周邊至少5mm以內(nèi)不允許有金屬存在，如果想要支持所有4個標(biāo)簽平臺，便意味著我們可以碰到任何大小或形狀的標(biāo)簽存在。如果想要用戶有好的體驗(yàn)，TI的FAE建議使天線線圈更大。選擇合適的天線模型和匹配參數(shù)，是滿足當(dāng)前需求的關(guān)鍵。

結(jié)語

NFC技術(shù)的使用和普及極大的方便了人們的生活，促進(jìn)了人與人之間的交際與溝通。該技術(shù)的研究和發(fā)展將對我國電子科技領(lǐng)域的進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。

參考文獻(xiàn)

[1]楊婷.基于Android和NFC技術(shù)的校園一卡通的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2015：1-64.

[2]孫恒.基于NFC技術(shù)和云服務(wù)的新型門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35（1）：114-120.

[3]陳平順.基于Android的NFC移動支付系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].技術(shù)方案，2015，1（1）：5-14.endprint