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NFC的架构与规范

2011年04月22日 12:01 电子发烧友 作者:Spring 用户评论(0

  近年来由于手机的功能与普及度快速的成长,使早期的电子钱包有了推广的机会点。NFC的演进取自于RFID的特定频段,由于手机的市场应用使的NFC可在较快的时间点取得标准接口与平台,本文将针对NFC的架构与规范做讨论。

  NFC应用

  电子付费系统中,目前应用于手机系统上最完整的解决方案是以NFC(near field communication)为主,市场上也已经有相关产品流通着,如NOKIA3220、Samsung SGH-X700、VISA WAVE及台北捷运优游卡等,皆是兼容于NFC系统。除了个人识别与电子付费系统外,NFC也在数据传输与交换上有了一些吸引人的功能,例如:电子海报的数据下载(包括入场卷、会展信息)。此外,NFC还可以作为蓝牙设备配对及输入密码的简化功能,若是使用者具有负载NFC的蓝牙设备,即可将NFC分别靠近两组具有NFC的蓝牙设备,如此即可不需要透过蓝牙搜寻及输入密码的配对过程即可快速连结。目前韩国、中国及欧美已经在电信业者、芯片商与手机制造商的合作下于公交付费系统中进行多次的验证,预期NFC将有快速的成长。

  NFC架构

  NFC的操作频率为13.56MHz,而操作距离约为10cm之内;而NFC的规范制定取至于RFID 13.56MHz的频段,早期运用此频段包括Philips MiFARE(ISO 1443A)、ISO 1443B、ISO15693、ISO18000-3及Sony Felica。由于非接触卡应用于个人数据识别或电子付费系统中强调于安全机制,而近乎于贴近卡片阅读器系统的近场通信及是将13.56MHz中短距系统的部分加以整合,所以最后市场上所见的即为Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica,早期这两家系统各自发展互不兼容,直到近年才将两种规格合并并制定了NFC规范ECMA340/ISO18092(NFCIP1,NFC Interface and protocol 1)。此规范相容于现有Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica。

  NFC工作频率为13.56MHz、ASK调变,传输速率可分为106kbps/212kbps/424kbps三种,通信模式可分为主动模式与被动模式,主动模式是指发起设备(initiator)与目标设备(target)皆可自身电源供应产生RF field,而被动模式下则是发起设备自身供应电源产生RF field;而目标设备则利用全波整流线路将发起端的RF field之能量转换为DC来供应自己的电源。值得一提的是,在被动模式下为了要满足省电的要求所以采用了负载调变(Load modulation)的方式,此调变方式可以达到省电的效果。

  在使用上因为NFC的使用通常会遇到使用尖峰时期,会了避免不同的发起端或目标端同时沟通造成数据链路错误,所以NFC采用了一种机制listen before talk。此机制会让当发起端设备要发出询问信号前,先侦测外界磁场强度来判断是否有其它的设备正在沟通中,这种机制的实现称为RF Collision Avoidance (RFCA),其动作行为是在每次发起端发出询问信号时会侦测外界磁场,当磁场强度超过门坎强度时(Hthreshold=0.1875A/m)则会停止询问,直至外界强度降至门坎值以下。若是低于临界值才会开始发出询问指令,侦测的时间为TIDT+nTRFW,n为0~3的机率取样:TRFW=512/fc(RF waiting time),TIDT>4096/fc(initial delay time)。当发起设备在TIDT+nTRFW内没有侦测到超过门坎强度的磁场,则会先发射TIRFG的未调变RF field之后再发出询问信号,其中TIRFG必须大于5ms。

  NFC规范调变

  在此将针对NFC RF interface做叙述,首先要先介绍EMCA340与EMCA356两种标准,EMCA340中叙述NFC相关协议,这里先引入数据封标作讨论,NFC数据分包分为两种类型,一为106kpbs、一为212/424kbps。

  由于NFC 106kbps为100% ASK调变,所以对整个High/Low信号的封包结构都有相当详细的定义。其中几个参数包括从100%下降到5% Am时间(t1)、5% Am持续时间(t2)、Am由5%上升至60%时间(t4)即overshoot 的范围。而212/424kbps则是8%~30%的调变率。

  RF测试kit

  1. Calibration coil:coil的功能在于验证测试过程中,待测物所发射出的信号是否为正确的强度与调变。此Coil为一简单的天线架构,当然EMCA也详细的规定了所有的尺寸,由此coil所测出的值为0.32V (RMS)=1A/m(磁场强度)。

  2. Field Generating Antenna:kit用于磁场的发射,图中还包含了一组天线匹配线路。

  3. Sense coil:sense coil用于量测待测物的磁场强度与调变。

  4. Reference device:reference device用于测试DUT的标准件。

  

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( 发表人:Spring )

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