NFC簡介
近場通信(NFC)是一種用於提供短程無線通信的技術,在電子設備之間進行雙向交互的連接。NFC是RFID(射頻識別)的一種風格,但它還有一個特定的集合,確保nfc設備的互操作性的標準。NFC標準確定操作環境和數據格式、傳輸速率、調製等。
NFC在兩個NFC器件之間使用感應耦合,並採用電磁方式工作,設備在13.56 MHz(無線電頻譜的高頻部分的一個無許可證分配)工作。一個NFC設備可以從另一個NFC設備產生的磁場中吸取能量。這使一些NFC器件被免除電源和採取微小物體的形式,如標籤,貼紙,鑰匙扣或卡片。
廣義NFC: Near Field Communication, 基於13.56MHz載波的無線通信技術, 廣泛應用於工業、醫療、物流、身份證、金融卡等領域。
窄義NFC: NFC forum (www.nfc-forum.org) 定義的RF設備及應用,適用於無線傳輸、數據交換、防偽、複雜無線網絡的配對/ 組網(如藍牙配對/加入wifi網絡)等領域。
NFC工作模式
- 讀寫模式:
在讀/寫模式下通信的NFC設備讀數據或寫數據到一個NFC對象。然後,它可以根據從對象讀取的信息採取行動。
- 卡模擬:
在這種模式下,NFC設備表現為標準的非接觸智慧卡。這允許它與現有的非接觸式智慧卡基礎設施一起使用,用於諸如訪問等操作控制,非接觸式支付,固件交換或數據傳輸。NFC設備模擬智慧卡通常在無源NFC模式下工作,數據傳輸是安全的。
- P2P:
在點對點(P2P)模式中,支持nfc的設備以活動模式運行。其中的一個設備啟動一個通信鏈路。一旦建立了連接,設備就會與其中一個進行對話。另一種選擇是應用先聽後說的規則進行數據交換,通信比其他通信方式更快,因此可以交換的數據量更大。
NFC標準
NFC論壇定義了四種NFC標籤。另外的第五種類型是與NFC- v技術相關,尚未部分NFC論壇規範。
NFC的工作原理
- 讀卡器天線產生電磁場為標籤提供能量。
- 通信由讀卡器發起,調製載波向標籤發送命令。
- 標籤通過反向散射(backscattering)響應讀卡器的命令。
![](https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/program/2020/35947/tinymce/2.jpg)
磁場的產生與分布
NFC能量的傳遞與捕獲:變化的電流通過讀卡器天線產生變化的磁場;處於變化磁場中的標籤天線兩端產生感應電壓, 為標籤供電。
讀卡器發起的Request:
1、讀卡器控制輸出電流產生變化的磁場,調製request。
2、標籤天線捕獲感應磁場信號,解調request。
標籤響應讀卡器的Response:
- 通過改變晶片內部阻抗,標籤調製流入標籤天線的電流而改變磁場,形成反向散射 (backscattering)。
- 讀卡器晶片檢測到讀卡器天線感應電壓的變化,從中解碼標籤的Response。
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示波器波形:
方案方塊圖
讀卡器開發設計流程
第 1 步. 定義 NFC 設備參數 · 目標產品 : POS 機( 95HF 系列不適 EMVCo 認證應用),通用 NFC 讀卡器等 · 合理的近場通信距離需求 (通常<10cm) · 有效的讀卡器天線尺寸與形狀 · NFC 設備機械結構 (讀卡器或標籤天線附近是否有金屬屏蔽,如 PCB 覆銅,鋰電池,金屬外殼等) · 讀寫標籤的類型 (ISO15693, ISO14443, ISO18092, Felica 等) · 工作模式( Reader 模式, Card Emulation 模式, P2P 模式) · 讀寫標籤的尺寸形狀 · 其他需求(如標籤能量傳輸功能,多卡操作等)
第 2 步. 採用 ST reader ( ST25R3916-DISCO或ST25R3916-EMVCO)評估要操作的 NFC 標籤/卡片 通信距離,搭建產品原型。
第 3 步. 讀卡器天線設計, 單面 PCB 天線在線設計工具 eDesignSuite
鏈接:https://eds.st.com/antenna/#/
第 4 步. RF 電路部分原理圖與 PCB layout 設計,請參考 Nucelo 擴展板(X-NUCLEO-NFC06A1),詳見附件。
第 5 步. PCB 加工。
第 6 步. 基於 ST 阻抗匹配工具和網絡分析儀 VNA (或阻抗分析儀)調整射頻電路阻抗匹配,匹配工具如下:
下載鏈接:
第 7 步. 系統集成、 MCU 固件/協議開發。 請根據所開發的讀卡器是否連接 PC 來選擇參考 Discovery 板或 Nucleo 擴展板源代碼。
參考軟體包鏈接:
https://www.st.com/content/st_com/en/products/ecosystems/stm32-open-development-environment/stm32-nucleo-expansion-boards/stm32-ode-connect-hw/x-nucleo-nfc06a1.html#tools-software