M24SR16 - Y：动态NFC/RFID标签IC的全方位解析

在电子设备不断发展的今天，NFC/RFID技术在众多领域得到了广泛应用。M24SR16 - Y作为一款动态NFC/RFID标签IC，具有独特的特性和广泛的应用前景。本文将对M24SR16 - Y进行详细的解析，希望能为电子工程师们在设计相关产品时提供有价值的参考。

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一、M24SR16 - Y概述

M24SR16 - Y属于ST25系列，该系列涵盖了意法半导体（STMicroelectronics）的所有NFC/RFID标签和读取器产品。它是一款具有双接口的动态NFC/RFID标签IC，内置了EEPROM存储器，可以通过I²C接口或者13.56 MHz的RFID读取器或NFC手机进行操作。

（一）主要特性

1. 双接口设计：支持I²C接口和13.56 MHz的RF接口，为不同的应用场景提供了更多的选择。
2. 大容量EEPROM：拥有2 - Kbyte（16 - kbit）的EEPROM存储器，能够满足一定的数据存储需求。
3. 数据安全性高：支持NDEF数据结构，具备7字节唯一标识符（UID）和128位密码保护，有效保障了数据的安全性。
4. 宽温度范围：工作温度范围从 - 40 °C到85 °C，适用于各种恶劣的环境条件。

（二）接口特性

1. I²C接口：采用两线串行接口，由双向数据线和时钟线组成，在I²C协议中作为从设备工作。支持1 MHz协议，单电源电压范围为2.7 V到5.5 V。
2. 非接触式接口：符合NFC Forum Type 4 Tag和ISO/IEC 14443 Type A标准，数据速率为106 Kbps，内部调谐电容为25 pF。

二、功能模式

M24SR16 - Y具有三种功能模式，不同模式的区别在于电源供应来源。

（一）I²C模式

在此模式下，M24SR16 - Y由Vcc供电，I²C接口连接到设备，I²C主机可以与M24SR16 - Y进行通信。

（二）标签模式

M24SR16 - Y由RF场供电，可与RF主机（如RFID读取器或NFC手机）进行通信。此时，用户内存只能通过RF命令进行访问。

（三）双接口模式

RF和I²C接口都连接到M24SR16 - Y，RF或I²C主机都可以与设备进行通信。电源供应和访问管理由M24SR16 - Y自身完成，具体的访问机制可参考令牌机制章节。

三、信号描述

（一）串行时钟（SCL）

该输入信号用于同步设备的数据输入和输出。在某些应用中，当该信号被从设备用于将总线同步到较慢的时钟时，总线主设备必须具有开漏输出，并需要连接一个上拉电阻到Vcc。

（二）串行数据（SDA）

这是一个双向信号，用于在设备和外部之间传输数据。它是一个开漏输出，可以与总线上的其他开漏或开集电极信号进行线或操作，同样需要连接一个上拉电阻到Vcc。

（三）天线线圈（AC0，AC1）

用于将设备连接到外部线圈，不建议连接其他直流或交流路径。正确调谐后，可使用NFC Forum Type 4命令访问设备。

（四）接地（VSS）

VSS是所有引脚（包括AC0和AC1）的电源参考点。

（五）电源电压（Vcc）

该引脚可连接到外部直流电源，内部电压调节器可使外部施加的电压为M24SR16 - Y供电。在操作前，必须施加稳定且在指定范围内的Vcc电压，并使用合适的电容进行去耦。

（六）RF禁用

该输入信号用于禁用RF通信。当Vcc引脚电压低于POR电平或未连接时，内部下拉电阻会将该引脚保持在低电平，激活RF模拟前端；当Vcc引脚电压高于POR电平时，I²C主机可设置该引脚来启用或禁用RF通信。

（七）通用输出（GPO）

GPO是一个开漏引脚，需要连接外部上拉电阻。它是一个可配置的输出信号，默认配置为会话打开状态。用户可以根据需要选择不同的配置，如会话打开、NDEF消息更新中、写入中、中断等。

四、内存管理

（一）内存结构

M24SR16 - Y由三个文件组成：能力容器文件（CC文件）、NDEF文件和系统文件。

1. 系统文件：包含了M24SR16 - Y设备的一些配置信息。
2. CC文件：提供了关于M24SR16 - Y和NDEF文件的一些信息，是只读文件，不能通过写命令进行修改，但某些字段可以通过特定过程进行更改。
3. NDEF文件：包含用户数据，RF主机或I²C主机可以对其进行读写操作。

（二）文件标识符

不同的文件通过文件标识符进行选择，系统文件的标识符为0xE101，CC文件为0xE103，NDEF文件为0x0001。

（三）读写访问权限

NDEF文件可以进行读写访问锁定，并由128位密码保护。读写访问权限由CC文件中的两个字节定义，访问权限的有效期在NDEF文件被选择或RF/I²C会话结束之前有效。

（四）密码管理

NDEF文件有两个128位密码，分别用于读访问和写访问。I²C密码由I²C主机发送，激活超级用户权限，可不受访问权限限制地访问NDEF文件并更改访问权限。

五、通信机制

（一）主从关系

M24SR16 - Y在I²C总线或RF通道中作为从设备，等待I²C主设备或RF主机发送命令后再进行响应。

（二）会话机制

M24SR16 - Y采用令牌系统，令牌有RF和I²C两种值。当令牌分配给某一接口时，设备只能与该接口的主机进行通信。

1. RF令牌：在防冲突完成后分配给RF接口，释放条件包括RF场关闭、接收到取消选择命令或I²C主机发送Kill RF session命令。
2. I²C令牌：当I²C主机发送正确的设备选择命令后分配给I²C接口，释放条件包括Vcc电源关闭、接收到I²C令牌释放序列。

六、命令集

M24SR16 - Y的命令集可以分为不同的命令族，包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816 - 4命令集和专有命令集。大部分命令在RF和I²C接口上是通用的，也有一些特定于RF或I²C接口的命令。

（一）命令格式

主要包括I - Block格式、R - Block格式和S - Block格式。I - Block格式用于交换命令和响应，R - Block格式用于传递确认信息，S - Block格式用于交换控制信息。

（二）常见命令

如NDEF Tag Application Select、CC select、NDEF select、System select、ReadBinary、UpdateBinary等，这些命令在不同的应用场景中发挥着重要作用。

七、设备操作

（一）RF设备操作

1. 防冲突和设备激活：支持NFC - A技术和Type 4A Tag Platform的命令集。
2. 打开RF会话：RF主机完成防冲突过程并获取ATS响应后，发送SelectApplication命令，即可打开RF会话。
3. 关闭RF会话：RF主机可以通过发送S(DES)命令或关闭RF场来关闭RF会话。

（二）I²C设备操作

1. I²C通信协议：M24SR16 - Y作为从设备，遵循I²C协议进行通信。通信过程基于命令和响应的交换，主机发送请求，设备执行内部操作并返回响应。
2. 打开I²C会话：I²C主机可以通过发送GetSession命令或Kill RF session命令来打开I²C会话。
3. 关闭I²C会话：可以通过关闭Vcc电源、发送I²C令牌释放序列、等待I²C看门狗或I²C时钟周期超时来关闭I²C会话。

八、功能流程

（一）NDEF消息选择

通过打开RF或I²C会话、发送SelectNDEFTagApplication命令、选择CC文件、读取CC文件和选择NDEF文件等步骤，检测M24SR16 - Y中的NDEF消息。

（二）NDEF消息读取

成功检测NDEF文件后，检查读取访问权限，选择NDEF文件并进行读取操作。读取时应注意不要超出NDEF Length字段指定的范围。

（三）锁定NDEF文件

选择NDEF标签应用和NDEF文件，验证写入密码，然后发送启用验证命令来锁定文件。

（四）解锁NDEF文件

选择NDEF标签应用和NDEF文件，验证写入密码或I²C密码，发送禁用验证命令来解锁文件。

九、参数与封装

（一）I²C直流和交流参数

详细列出了I²C模式下的操作和测量条件，以及设备的直流和交流特性，包括输入电容、泄漏电流、时钟频率、写入时间等参数。

（二）GPO参数

根据GPO的不同配置，列出了相应的时序参数。

（三）RF电气参数

总结了RF模式下的操作和测量条件，以及设备的直流和交流特性，如外部RF信号频率、工作场强、载波调制指数等。

（四）封装信息

提供了三种封装形式的详细信息，包括SO8、TSSOP8和UFDFPN8，包括封装尺寸、引脚间距等机械数据。

十、总结

M24SR16 - Y作为一款功能强大的动态NFC/RFID标签IC，具有双接口设计、大容量存储、高数据安全性等诸多优点。通过对其功能模式、接口特性、内存管理、通信机制等方面的详细解析，我们可以看到它在各种应用场景中的潜力。电子工程师们在设计相关产品时，可以根据具体需求充分发挥M24SR16 - Y的特性，实现更加高效、安全的NFC/RFID应用。

在实际应用中，我们还需要注意一些问题，比如电源供应的稳定性、密码管理的安全性、不同模式下的操作规范等。希望本文能为大家在使用M24SR16 - Y时提供一些帮助，大家在设计过程中遇到任何问题，欢迎一起交流探讨。