M24LR64E-R：动态NFC/RFID标签IC的全面解析

在当今的电子设备领域，NFC/RFID技术凭借其便捷性和高效性，在众多应用场景中得到了广泛应用。M24LR64E-R作为一款动态NFC/RFID标签IC，具备诸多独特的特性和功能，为电子工程师们提供了强大的设计支持。今天，我们就来深入探讨一下这款芯片。

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一、芯片概述

M24LR64E-R是一款具有双接口的电可擦除可编程存储器（EEPROM）的动态NFC/RFID标签IC。它集成了I²C接口，可由VCC电源供电，同时也是一款通过接收载波电磁波供电的非接触式存储器。在I²C模式下，它被组织为8192×8位；在ISO 15693和ISO 18000 - 3模式1的RF模式下，则为2048×32位。

此外，M24LR64E-R还具备能量收集模拟输出功能，以及一个用户可配置的数字输出引脚，该引脚在RF写入进行中或RF繁忙模式下会进行切换。

二、信号描述

（一）串行时钟（SCL）

SCL作为输入信号，用于对设备的所有数据输入和输出进行选通。在某些应用中，若该信号被从设备用于将总线同步到较慢的时钟，总线主设备必须具有开漏输出，并且需要从串行时钟（SCL）到VCC连接一个上拉电阻。不过，在大多数应用中，如果总线主设备具有推挽输出，这种同步方法通常不被采用，上拉电阻也就不是必需的。

（二）串行数据（SDA）

SDA是一个双向信号，用于在设备中传输数据。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。因此，需要从串行数据（SDA）到VCC连接一个上拉电阻。

（三）RF写入进行中 / RF繁忙（RF WIP/BUSY）

这是一个可配置的输出信号，用于指示M24LR64E-R正在从RF通道执行内部写入周期，或者RF命令正在进行中。需要注意的是，RF WIP和相关信号仅在M24LR64E-R由Vcc引脚供电时可用。它是一个开漏输出，需要从RF WIP/BUSY到VCC连接一个上拉电阻。

（四）能量收集模拟输出（Vout）

该模拟输出引脚用于在能量收集模式启用且RF场强足够时提供模拟电压Vout。当能量收集模式禁用或RF场强不足时，能量收集模拟电压输出Vout将处于高阻状态。

（五）天线线圈（AC0, AC1）

这两个输入用于将设备专门连接到外部线圈。建议不要将任何其他直流或交流路径连接到AC0或AC1。当正确调谐时，线圈可用于使用ISO 15693和ISO 18000 - 3模式1协议为设备供电并访问设备。

（六）Vss接地

Vss是VCC电源电压和Vout模拟输出电压的参考点。

（七）电源电压（Vcc）

该引脚可连接到外部直流电源电压。内部电压调节器允许外部施加在VCC上的电压为M24LR64E-R供电，同时防止内部电源（整流后的RF波形）在VCC引脚上输出直流电压。

三、用户内存组织

M24LR64E-R的用户内存被划分为64个扇区，每个扇区包含32个32位的块。每个扇区都可以使用特定的锁定或密码命令进行单独的读和/或写保护。在RF模式下，一个扇区提供32个32位的块，每次读写访问都是按块进行的；在I²C模式下，一个扇区提供128个字节，可以在读写模式下单独访问。

此外，M24LR64E-R还有一个64位的块用于存储64位唯一标识符（UID），该UID符合ISO 15963描述，其值在防冲突序列（Inventory）中使用。同时，它还包括一个AFI寄存器和一个DSFID寄存器，分别用于存储应用家族标识符和数据存储家族标识符。

四、系统内存区域

（一）RF模式下的块安全

在RF模式下，M24LR64E-R的每个内存扇区可以通过三个可用密码之一进行单独保护，并且每个扇区还可以设置读写访问条件。每个扇区都分配有一个扇区安全状态字节，其中包括一个扇区锁定位、两个密码控制位和两个读写保护位。

（二）I²C模式下的块安全

在I²C模式下，只有通过I2C_Write_Lock位区域中的16位，才能对各个扇区进行写操作保护。读访问I2C_Write_Lock位区域始终是允许的，而写访问则取决于是否正确提交了I²C密码。

（三）配置字节和控制寄存器

M24LR64E-R提供了一个8位的非易失性配置字节和一个8位的易失性控制寄存器。配置字节用于存储RF WIP/BUSY引脚和能量收集配置；控制寄存器用于存储能量收集使能位以及一个FIELD_ON位指示器。

（四）ISO 15693系统参数

M24LR64E-R提供了ISO 15693 RF协议所需的系统区域，包括I²C密码、三个RF密码、配置字节、AFI、DSFID、64位UID等。

五、I²C设备操作

（一）起始条件

起始条件由串行数据（SDA）的下降沿在串行时钟（SCL）处于高电平稳定状态时确定。任何数据传输命令之前都必须有一个起始条件。

（二）停止条件

停止条件由串行数据（SDA）的上升沿在串行时钟（SCL）稳定且驱动为高电平时确定。停止条件用于终止设备与总线主设备之间的通信。

（三）确认位（Ack）

确认位用于指示字节传输成功。总线发送器（无论是总线主设备还是从设备）在发送8位数据后会释放串行数据（SDA）。在第9个时钟脉冲周期内，接收器会将SDA拉低以确认接收到了8位数据。

（四）数据输入

在数据输入过程中，设备会在串行时钟（SCL）的上升沿对串行数据（SDA）进行采样。为了确保设备正常运行，SDA必须在SCL的上升沿保持稳定，并且SDA信号只能在SCL驱动为低电平时改变。

（五）I²C超时

为了防止因意外未终止的指令发送到I²C总线而导致RF通信冻结，M24LR64E-R具备超时机制，该机制会自动重置I²C逻辑块。

（六）内存寻址

总线主设备要与从设备开始通信，必须先发起一个起始条件，然后发送设备选择代码，其中包括一个4位的设备类型标识符和一个3位的芯片使能“地址”（E2,1,1）。第八位是读写位（RW），用于设置读写操作。

六、RF设备操作

（一）RF通信和能量收集

由于电流消耗可能会影响天线提供的交流信号，因此在能量收集模拟输出电压传输期间，与M24LR64E-R的RF通信并不能得到保证。同时，RF通信也可能会干扰并可能停止能量收集模式。

（二）命令

M24LR64E-R支持多种命令，如Inventory（用于执行防冲突序列）、Stay quiet（用于使设备进入安静模式）、Select（用于选择设备）等。

（三）初始对话

M24LR64E-R与VCD之间的对话通过以下步骤进行：VCD的RF操作场激活M24LR64E-R，VCD传输命令，M24LR64E-R传输响应。

七、数据速率和数据编码

（一）数据编码模式：1 out of 256

在这种模式下，单个字节的值由一个暂停的位置表示。暂停在256个连续的18.88µs时间段中的位置决定了字节的值。此时，一个字节的传输需要4.833ms，数据速率为1.65Kbit/s。

（二）数据编码模式：1 out of 4

在该模式下，两个位的值由一个暂停的位置表示。暂停在四个连续的18.88µs时间段中的位置决定了两个位的值。四个连续的位对构成一个字节，其中最低有效位对首先传输。此时，一个字节的传输需要302.08µs，数据速率为26.48Kbit/s。

八、通信信号

（一）从VCD到M24LR64E-R

通信采用ASK（幅度键控）调制原理，使用10%和100%两种调制指数。M24LR64E-R可以对这两种调制指数进行解码。

（二）从M24LR64E-R到VCD

M24LR64E-R通过电感耦合区域与VCD进行通信，通过切换负载来生成副载波。它支持单副载波和双副载波响应格式，并且可以根据VCD的选择以低或高数据速率格式进行响应。

九、独特标识符（UID）

M24LR64E-R由一个64位的唯一标识符（UID）进行唯一标识，该UID符合ISO/IEC 15963和ISO/IEC 7816 - 6标准。通过UID，每个M24LR64E-R可以在防冲突循环中以及在VCD与M24LR64E-R之间的一对一交换中被唯一且单独地寻址。

十、应用家族标识符（AFI）

AFI代表VCD目标应用的类型，用于从所有存在的M24LR64E-R中识别出符合所需应用标准的设备。AFI由M24LR64E-R的发行者（或购买者）在AFI寄存器中进行编程，一旦编程并锁定，就不能再进行修改。

十一、数据存储格式标识符（DSFID）

DSFID用于指示M24LR64E-R内存中数据的结构。可以使用Write DSFID和Lock DSFID命令对其进行编程和锁定。

十二、协议描述

M24LR64E-R的传输协议基于“VCD先发言”的概念，即M24LR64E-R只有在接收到并正确解码VCD发送的指令后才会开始传输。协议基于请求和响应的交换，每个请求和响应都包含在一个帧中。

十三、状态和模式

（一）状态

M24LR64E-R可以处于四种状态之一：电源关闭、就绪、安静和选定。状态之间的转换由特定的条件和命令控制。

（二）模式

M24LR64E-R支持三种模式：寻址模式、非寻址模式（通用请求）和选择模式。不同的模式用于指定哪些M24LR64E-R会对请求进行响应。

十四、防冲突

防冲突序列的目的是使用M24LR64E-R的唯一ID（UID）对VCD场中的所有设备进行盘点。VCD通过发出Inventory请求来启动通信，M24LR64E-R会在确定的时隙中发送响应或不响应。

十五、命令代码

M24LR64E-R支持多种命令，每个命令都有对应的代码。这些命令涵盖了读写操作、设备选择、密码管理等多个方面。

十六、最大额定值

在使用M24LR64E-R时，需要注意其最大额定值。超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏，因此必须确保设备在规定的条件下运行。

十七、总结

M24LR64E-R作为一款功能强大的动态NFC/RFID标签IC，具备丰富的特性和功能，为电子工程师在设计相关应用时提供了广阔的空间。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和场景，合理配置和使用M24LR64E-R的各项功能，以确保设备的稳定运行和高效性能。同时，还需要注意遵循相关的规范和标准，确保设计的安全性和可靠性。

大家在使用M24LR64E-R的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。