探索M24SR64 - Y：动态NFC/RFID标签IC的技术奥秘

在当今的电子世界中，NFC/RFID技术正发挥着越来越重要的作用，广泛应用于支付、门禁、数据传输等多个领域。今天，我们就来深入探讨一款名为M24SR64 - Y的动态NFC/RFID标签IC，看看它究竟有哪些独特之处，能为我们的设计带来怎样的便利。

文件下载：M24SR64-YDW6T 2.pdf

一、M24SR64 - Y概述

M24SR64 - 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。M24SR64 - Y是一款具有双接口的动态NFC/RFID标签IC，它内置了EEPROM存储器，可以通过$I^{2}C$接口或者13.56 MHz的RFID读取器或NFC手机进行操作。

特性亮点

1. 接口丰富
   • $I^{2}C$接口：采用两线制$I^{2}C$串行接口，支持1 MHz协议，单电源电压范围为2.7 V至5.5 V。
   • 非接触式接口：兼容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。
2. 存储能力强大
   • 拥有8 - Kbyte（64 - kbit）的EEPROM，支持NDEF数据结构。
   • 数据保留时间长达200年，不同温度下的写循环耐久性表现出色：25 °C时可达100万次，85 °C时为60万次，105 °C时为50万次。
   • 单次命令可读取和写入最多246字节的数据，还具备7字节的唯一标识符（UID）和128位密码保护。
3. 封装多样：提供8引脚小外形封装（SO8）、TSSOP8和UFDFPN8三种ECOPACK2®封装形式，满足不同设计需求。
4. 数字引脚功能灵活：GPO为可配置通用输出引脚，RF disable可用于激活或停用RF命令。
5. 工作温度范围广：$I^{2}C$操作温度范围为 - 40 °C至105 °C，RF操作温度范围为 - 40 °C至85 °C。

二、功能模式详解

M24SR64 - Y有三种功能模式，它们的区别主要在于电源供应来源。

1. $I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR64 - Y由$V_{CC}$供电，$I^{2}C$接口连接到设备，$I^{2}C$主机可以与M24SR64 - Y进行通信。

2. 标签模式

M24SR64 - 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。

3. 双接口模式

RF和$I^{2}C$接口都连接到M24SR64 - Y，RF或$I^{2}C$主机都可以与设备通信。电源供应和访问管理由M24SR64 - Y自身完成，具体细节可参考令牌机制章节。

三、信号描述

1. 串行时钟（SCL）

SCL是一个输入信号，用于对设备的数据输入和输出进行选通。在某些应用中，如果需要通过该信号让从设备将总线同步到较慢的时钟，总线主设备必须具有开漏输出，并在SCL和$V_{CC}$之间连接一个上拉电阻。不过，在大多数应用中，如果总线主设备具有推挽输出，就不需要上拉电阻。

2. 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，需要在SDA和$V_{CC}$之间连接一个上拉电阻。

3. 天线线圈（AC0，AC1）

这两个输入用于将设备连接到外部线圈，建议不要将任何其他直流或交流路径连接到AC0或AC1。当线圈正确调谐后，可以使用NFC Forum Type 4命令访问设备。

4. 接地（$V_{SS}$）

$V{SS}$连接后，是所有引脚（包括AC0和AC1）的$V{CC}$电源电压的参考。

5. 电源电压（$V_{CC}$）

该引脚可以连接到外部直流电源电压。内部电压调节器允许施加在$V{CC}$上的外部电压为M24SR64 - Y供电。在选择M24SR64 - Y并向其发出指令之前，必须提供一个在指定范围内的有效且稳定的$V{CC}$电压。

6. RF disable

该输入信号用于禁用RF通信。当$V{CC}$引脚电压低于POR电平或未连接时，该引脚通过内部下拉电阻保持低电平，RF模拟前端被激活。当$V{CC}$引脚电压高于POR电平时，$I^{2}C$主机可以设置该引脚来启用或禁用RF通信。在双接口模式下，RF disable引脚不能悬空。

7. 通用输出（GPO）

GPO是一个开漏引脚，需要连接一个外部上拉电阻。它是一个可配置的输出信号，默认配置为会话打开状态。其行为与$I^{2}C$或RF会话的激活状态以及用户选择的模式一致。用户可以选择以下几种配置：

• Session Open：表示RF或$I^{2}C$会话正在进行。
• MIP（NDEF Message updating In Progress）：用于检测RF主机何时更改NFC Forum定义的NDEF消息。
• WIP（Writing In Progress）：表示M24SR64 - Y正在执行写入操作。
• INT（interrupt）：$I^{2}C$或RF主机可以强制M24SR64 - Y在GPO引脚上发送负脉冲。
• $I^{2}C$ ready response：表示$I^{2}C$响应已准备好被$I^{2}C$主机读取。
• State mode：$I^{2}C$或RF主机可以在RF会话期间控制GPO引脚的状态。
• RF busy：表示M24SR64 - Y正在处理RF命令或RF会话正在进行。

四、内存管理

1. 内存结构

M24SR64 - Y支持NFC Forum Type 4 Tag中定义的NDEF标签应用，由三个文件组成：

• 系统文件：包含M24SR64 - Y设备的配置信息。
• CC文件：提供有关M24SR64 - Y本身和NDEF文件的信息，是一个只读文件。
• NDEF文件：包含用户数据，RF主机或$I^{2}C$主机可以对其进行读写操作。

2. 读写访问权限

NDEF文件可以被锁定以限制读写访问，并且受到128位密码的保护。有两个128位密码，分别用于读访问和写访问。访问权限的有效期在NDEF文件被选择期间或RF或$I^{2}C$会话结束之前有效。

3. 密码管理

- **NDEF文件密码**：保护NDEF文件的读写访问，每个NDEF文件有两个128位密码。
- **$I^{2}C$密码**：只能由$I^{2}C$主机发送，激活超级用户权限。拥有超级用户权限的$I^{2}C$主机可以在不发送NDEF文件密码的情况下访问NDEF文件，并更改访问权限。

五、通信机制

1. 主从关系

M24SR64 - Y在$I^{2}C$总线或RF通道上作为从设备，等待$I^{2}C$主设备或RF主机发送命令后再发送响应。

2. 会话机制

M24SR64 - Y采用令牌系统，令牌有RF和$I^{2}C$两种值。当令牌分配给一个接口时，M24SR64 - Y不能与另一个主机进行通信。

• RF令牌：在防碰撞完成后分配给RF接口，释放条件包括RF场切断、接收到取消选择命令或$I^{2}C$主机发送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：当$I^{2}C$主机发送正确的设备选择命令时分配给$I^{2}C$接口，释放条件包括$V_{CC}$引脚掉电或接收到$I^{2}C$令牌释放序列。

六、命令集

M24SR64 - Y的命令集可以分为不同的命令族，大多数命令在RF和$I^{2}C$接口之间是通用的，但也有一些特定于RF接口或$I^{2}C$接口的命令。主要命令族包括：

1. NFC Forum Type 4 Tag命令集

用于选择NDEF标签应用、CC文件、NDEF文件和系统文件，以及读取和写入数据。

2. ISO/IEC 7816 - 4命令集

提供了一些扩展功能，如保护NDEF文件，用于管理NDEF文件的访问权限。

3. 专有命令集

包括ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState等命令，用于实现特定的功能。

4. 特定RF命令集

包括防碰撞命令集、RATS命令和ATS响应、PPS命令与响应等，这些命令只能由RF主机发送。

5. 特定$I^{2}C$命令集

包括Get$I^{2}C$session和KillRFsession命令，用于打开或关闭$I^{2}C$或RF会话。

七、设备操作

1. RF设备操作

- **防碰撞和设备激活**：支持NFC - A技术和Type 4A标签平台定义的命令集。
- **打开RF会话**：RF主机完成防碰撞程序并获取ATS响应后，发送SelectApplication命令，M24SR64 - Y将打开RF会话。
- **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。

2. $I^{2}C$设备操作

- **$I^{2}C$通信协议**：M24SR64 - Y支持$I^{2}C$协议，作为从设备参与通信。通信基于命令和响应交换系统，$I^{2}C$主机发送请求，M24SR64 - Y处理请求并发送响应。
- **打开和关闭$I^{2}C$会话**：$I^{2}C$主机可以通过发送GetSession或KillRFsession命令打开$I^{2}C$会话，通过关闭$V_{CC}$电源、发送$I^{2}C$令牌释放序列、等待$I^{2}C$看门狗或$I^{2}C$时钟周期超时来关闭$I^{2}C$会话。

八、功能流程

1. NDEF消息选择

RF或$I^{2}C$主机可以通过打开RF或$I^{2}C$会话、发送SelectNDEFTagApplication命令、选择CC文件、读取CC文件和选择NDEF文件来检测M24SR64 - Y中的NDEF消息。

2. NDEF消息读取

在成功检测到NDEF文件后，主机可以检查NDEF文件的读取访问权限，选择NDEF文件并读取其内容。

3. 锁定和解锁NDEF文件

主机可以通过发送相应的命令来锁定或解锁NDEF文件，保护文件的读写访问。

4. 更改密码和文件类型

主机可以通过发送ChangeReferenceData命令更改NDEF文件的密码，通过发送UpdateFileType命令更改文件类型。

5. 更新NDEF文件

当文件有足够的空间时，主机可以通过一系列操作更新NDEF消息，包括选择NDEF标签应用、选择NDEF文件、解锁文件、写入NDEF长度、写入NDEF消息和更新NDEF长度。

九、参数与规格

1. 最大额定值

文档中列出了M24SR64 - Y的各种最大额定值，如环境工作温度、存储条件、引脚电压和电流等。在设计时，必须确保设备的工作条件在这些额定值范围内，以避免设备损坏。

2. $I^{2}C$和RF参数

详细介绍了$I^{2}C$和RF操作的直流和交流参数，包括电源电压、时钟频率、上升和下降时间、写入时间等。这些参数对于确保设备的正常工作至关重要。

3. GPO参数

列出了GPO引脚根据不同配置的时序参数，帮助工程师在设计中正确使用GPO引脚。

4. 写循环定义

定义了不同温度下的写循环耐久性，为设备的长期使用提供了参考。

十、总结

M24SR64 - Y是一款功能强大、灵活性高的动态NFC/RFID标签IC，具有丰富的接口、强大的存储能力、多样的封装形式和灵活的数字引脚功能。它的多种功能模式和详细的通信机制使得它在各种NFC/RFID应用中都能发挥重要作用。作为电子工程师，我们在设计时需要充分考虑其特性和参数，合理选择功能模式和命令集，以实现最佳的设计效果。同时，我们也要注意设备的最大额定值和工作条件，确保设备的可靠性和稳定性。你在使用类似的NFC/RFID标签IC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。