大大都设备还不支撑NFC/RFID，当即举动吧！
近场通讯(NFC)依然处在炒作与权衡状况吗？明显不是！该项技能之前只是被看作是新一代的条形码，事实证明其实用性和可靠性要高得多。在许多消费类和工业商场，需求NFC和射频辨认(RFID)功用。这些运用不再局限于传统的简略、直观、安全的非触摸式数据交流，两个支撑NFC/RFID的设备之间可以灵敏地交流信息(电话号码、相片、海报数据等)，您需求做的便是将其接近在一同。NFC/RFID的首要概念和传统运用正伴跟着簇新的，非传统思想办法而开展。实践上，咱们正处在一个立异的时代。
您或许经常听到“NFC与传统的RFID有何不同？”的问题，在物理层或RF层，不同的确不太大！NFC本质上是RFID的一种进化办法。实践上，NFC作业在RFID的13.56MHz频段(HF)。工作联盟NFC论坛1从RFID物理层协议开端，经过将几个新层添加到协议栈对其进行改善。添加了NFC数据交流格局(NDEF)，以辨认、封装并在支撑NFC的设备之间交流运用数据。这种规范化的格局使得NFC/RFID成为一种运用前途远大的新式无线通讯技能，习惯将来的普适核算。
为包含较宽的运用，RFID和NFC在本文的随后评论中可交流运用。咱们将扼要介绍NFC/RFID技能，给出常见的电路模块，OEM可用来在便携式电子产品中完成新式非触摸式NFC/RFID功用。示例电路依据DeepCover MAX66242双接口安全无源标签。运用给出的电路，很简略将NFC/RFID短间隔无线技能添加到嵌入式电子渠道。咱们将结合几种实践运用状况展开评论。
读卡器和标签：NFC/RFID根底
是一种规范的近间隔无线通讯技能，支撑互相方位相对间隔较近的手持或其它设备之间的通讯。NFC/RFID作业间隔为几英寸到1米。该技能选用电感耦合，是经过两个设备之间的公共磁场传递能量的进程。这一进程实践上与空心变压器的作业原理相同，读卡器天线线圈相当于原边，标签的天线线圈相当于副边。读卡器运用电磁感应产生标签可以检测得到的无线电波。因而，当标签接近读卡器时，读卡器天线线圈产生的电波将耦合到标签天线线圈。在标签内感应产生电压，然后对其进行整流并为标签内部电路供电。
图1所示为读卡器对电波进行调制并与标签交流数据的办法。为了将数据从标签传输至读卡器，标签电路改动其线圈负载(一同读卡器的未调制载波坚持翻开)；互耦使得读卡器可检测到这一改变。这种负载改变法称为负载调制。NFC/RFID的作业载频为13.56 MHz，归于全球规划内无需答应的ISM频段。关于该技能，有几个现已公布的规范规范，包含ISO/IEC 14443 Types AB和ISO/IEC 15693。
图1. NFC/RFID标签(MAX66242)耦合到读卡器(MAX66300)的磁场。
本例中，MAX66242为无源IC，无需外部电源即可作业的无源标签。实践上，无源标签从读卡器的磁场取得能量。运用这种NFC/RFID技能的典型运用包含接入操控、智能海报、会员卡和优惠券、移动付出(非触摸式信用卡)、票务和运送收费。
作业原理——无源标签认证器
规划者现在可运用便携式电子产品搜集、交流安全体系的装备/校准数据，即便便携设备主电源断电。图1所示计划答应任何嵌入式电子产品经过无线办法与周围任何设备进行衔接，并经过I?C接口与网络衔接。
几种功用关于无线NFC/RFID运用十分重要：集成到无源标签认证器的高档安全性(图2)、集成无线NFC/RFID接口和I?C接口、数据维护形式、高速数据传输、标签能量搜集；MAX66242集成了SHA-256加密引擎，供给依据安全密钥的对称式质询-应对安全认证。是操控NFC/RFID读卡器与那些设备通讯，以及怎么与MAX66242通讯的最好途径。32字节SRAM缓存器有利于经过I?C接口进行高速数据传输。标签上的能量搜集引脚VOUT使其运用天线从读卡器的HF场搜集能量。
由于选用SHA-256安全加密、高速数据传输以及能量搜集——杰出优势，关于期望将NFC/RFID嵌入式便携体系用于敞开式可扩展渠道的OEM来说，该无源标签具有极大吸引力。
图2. MAX66342无源标签的功用框图。
保证数据安全——只信赖正版的从机设备
运用SHA-256加密引擎完成读卡器与从设备之间的安全、对称、双向安全认证。SHA-256散列算法依据美国国家规范与技能研究院(NIST)公布的安全散列规范FIPS PUB 180-4。SHA-256质询-应对安全机制在主机和从机器材之间交流数据，是操控NFC/RFID读卡器与哪些设备通讯，以及怎么与MAX66242无源标签通讯的最好途径。
依据对称密钥进行双向、安全认证，读卡器(即建议者)仅承受正品标签；只要正品读卡器可更改标签的存储器。该办法假定便携设备(选用MAX66242)和读卡器体系具有相同的SHA-256安全算法。激活SHA-256时，便携设备有必要首要向NFC/RFID读卡器供给有用应对或呼应，以进行安全认证。而且便携设备的应对与接收到的质询及其贮存的密钥相关。假如便携设备应对质询不正确，那么读卡器体系(例如智能电话)将回绝该便携设备。
这种安全认证机制的首要元素包含256位随机质询、MAX66242的ROM ID以及密钥自身。ROM ID为仅有的64位序列号，在制作进程中嵌入到标签中。读卡器中有必要设置相同的密钥并进行维护。图3所示为安全门卡运用示例，其间NFC/RFID在翻开房间门、防火门或防弹门之前建议质询-应对认证。
为保证以最经济的办法防备对此类安全IC的(不行防止的)歹意进犯，无源标签选用专有的管芯级物理技能和相应的电路、加密办法。这些防护技能可防止进犯者为了克隆密钥或更改专有的校准数据而提取密钥(损坏体系的安全机制)。
图3. 依据NFC/RFID的电子锁安全认证是MAX66242无源标签的中心。
保证数据维护办法的安全性
维护数据安全至关重要，所以MAX66242供给4K位的用户EEPROM，可划分为敞开式拜访区域(例如无维护)或读卡器有必要经过EEPROM写操作安全认证才可拜访的区域。供给多种维护形式，包含EPROM仿真(EM)形式，答应运用不行复位的计数器，约束运用次数。激活EM形式时，标签中的个别存储器位只能从1变为0，但不能从0变为1。一旦选中EM形式，则不行逆。这一进程是完成倒计数或约束便携设备运用次数的最佳办法，或许是最具应战的作业。
形式也使OEM可以更好地操控答应哪个NFC/RFID读卡器体系衔接，无疑是维护设备中贮存的校准、装备以及确诊数据的绝佳办法。
高速数据传输，无需外部微操控器
MAX66242无源标签是I?C至NFC/RFID协议转化器网关。标签的I?C端口可作为主机端口或从机端口进行数据交流。在图3所示运用中，NFC/RFID读卡器可拜访依据I?C的电子元件，后者直接衔接至MAX66242。所以不需求附加微操控器(例如装置在传感器卡上)即可拜访数据。
如上所述，IC集成的32字节SRAM缓存器有助于加快I?C至HF数据传输。与有必要经过其EEPROM单元传输数据的计划相似，示例中的MAX66242运用其SRAM缓存器办理此类传输。SRAM的拜访时间比EEPROM快，这是相关于其它计划的一项优势，加快体系的整体事务处理。
IC也供给可编程输入/输出(PIO)引脚，完成多功用用处，包含在特定运用中中止便携设备的微操控器。该PIO引脚可装备作为RF Busy或RF-Access-In-Progress报警信号。报警信号的一项极好用处是在呈现13.56MHz HF电磁场时唤醒正在休眠的嵌入式体系。简而言之，该多功用PIO引脚供给更好地操控体系数据流的途径。
能量搜集，进步灵敏性和扩展性
能量搜集十分有用，使MAX66242成为高度灵敏、可扩展的计划，适用于宽规划NFC/RFID运用。
IC作为通用无源标签，不要求外部供电；仅耗费极低功率即可作业，大约50?A，或依据支撑的功用略有改变。标签从读卡器的13.56MHzHF电磁场搜集能量。针对高效、优化链路正确结构和调谐天线时，无源标签取得的能量远高于自身所需的功率。剩下能量往往被分流至地。相反，在MAX66242中，整流器未运用的搜集能量可经过IC的VOUT引脚输出到IC的外部电路。即搜集能量可用于IC外围供电，如温度传感器，也从该传感器中搜集温度转化数据。IC的VOUT引脚可装备为供给1.8V或3.3V (典型值)电压，磁场满意强时，可装备电源输出供给高达5mA电流。
优化天线规划，最大程度进步功率和功率
只要完成最优的RF电路规划，最大程度传输RF能量时，无源标签的能量提取办法才更有用。读卡器与标签天线线圈之间的能量传输功率很大程度上取决于谐振电路的精度和/或天线调谐办法。天线线圈之间能量的有用吸收或传递是靠电谐振完成的。此刻，使MAX66242标签的天线线圈及其调谐电容在13.56 MHz作业频率下产生谐振是要害。
天线规划原理相对简略、清晰。有必要在PCB (或内层基片)上构建标签的天线电感(LINDUCTOR)，使其与片上调谐电容(CTUNING)相匹配，完成13.56MHz的IC谐振。所以，一切电容和电感电抗之和有必要为零。当LCw? = LC (2πf)?= 1 (with f = fRES)时，满意该条件。这在理论上表明流入MAX66242标签的能量流(IRF流)到达最大，或者说阻抗到达最小。由此得到式1中的谐振频率fRES和LINDUCTOR。
式1. PCB上集成的外部天线电感(LINDUCTOR)有必要与标签的内部调谐电容(CTUNING)相匹配，使电路谐振点为13.56MHz。
满意上式，意味着调谐电路产生谐振。式1也可以作为已知CTUNING值时核算实践LINDUCTOR的比如。核算得到L值后，规划者将构建外部天线，得到L值。完成以上条件后，阐明天线规划现已使LC环路接收到的电流最大化。
值得留意的是，实践运用中，规划工程师总是经过规划NFC/RFID天线线圈，使实在体系的功率最大化。由于将标签装置在HF场中，往往存在标签“加载效应”。为考虑该加载效应，天线线圈规划师或许不得不将其规划在超调或欠调，即稍微低于或高于13.56MHz的频率，使电路功率较高。关于怎么构建天线，超出了本文的评论规划。
在便携设备中嵌入
客观地说，NFC/RFID正在敞开可穿戴技能的商场大门。在物联网(IoT)大潮下，将出现出越来越多支撑传感器的嵌入式体系，经过网络上的各种体系搜集用户的生物及其它数据；将会有十分多支撑NFC/RFID的医疗和工业运用出现出来，咱们对其规划尚不得而知。
在咱们评论特定运用之前，首要了解一下嵌入式规划中支撑NFC/RFID的根本电路结构(图4)。留意，体系需求具有与外部国际通讯的途径。
图4. 嵌入式规划中支撑NFC/RFID功用的典型电路图。该电路与MAX66242安全认证器标签的首要功用相结合，使嵌入式体系可以支撑当今便携式以及安全、嵌入式体系的新式非触摸运用。
图4中，I?C接口(SDL和SDA)和PIO信号(RF-AIP和RF-BUSY功用的多路复用线)是衔接主机微操控器一切必要的，RFID_VCC_ANABLE和SYS_ALERT_INT#信号可选。MOSFET Q1用于阻隔。由于可经过RF和I?C接口拜访标签内部的EEPROM，当主机微操控器有必要在存在HF场的状况下进行衔接时，Q1为标签供电。但是，可选的Q2运用电路板上的稳压VCC切换开漏SYS_ALERT_INT# (这种状况下不装置R4)。
在设备原理图中运用该电路(图4)的各种变型，OEM产品可与任何NFC/RFID读卡器或建议方体系进行通讯。一旦电路板进入HF场，VOUT升高并导通Q2。开漏信号SYS_ALERT_INT#变为低电平，中止或唤醒主机微操控器，由此表明体系处于HF场中。然后主机微操控器将RFID_VCC_ANABLE驱动为逻辑高状况，将MOSFET Q1导通。此刻，主机微操控器即可与产生HF场的NFC/RFID读卡器交流数据。相同，MAX66242的VCC引脚不需求衔接电源，由于IC的内部电路由从HF场搜集的能量供电。但是，VCC引脚如图4所示衔接，所以主机微操控器可以在没有HF场的状况下拜访IC。就像有线至无线转化器相同，I?C信号将数据传输至外部。数据流由RF-AIP (RF-Access-In-Progress)引脚操控，也与RF-BUSY引脚多路复用。
该NFC/RFID标签IC带有集成调谐电容。电路中所示的外部调谐电容CEXT-TUNE可选。但是，CEXT-TUNE%&&&&&%为规划者供给了从头快速调谐体系的途径，取决于标签所在环境下的加载效应。
标签催生新运用
如上所述，NFC/RFID有望催生工业和医疗范畴的新式商场。其间部分新运用包含主动设备装备(也称为行为设置)、运用次数设置、体系报警设置(例如体系唤醒)、从设备安全认证以及传感器标签完成等。
支撑传感器的NFC/RFID标签——传感器标签
快速增长的一个范畴是传感器标签。传感器标签是包含传感器IC的组件(例如插件)，从用户行为及周围环境监测规则的物理参数(图5)。这些参数包含温度、压力、光、冲击、振荡、湿度、加快度以及化学特性等。这些检测操作附加在标签的规范辨认功用之外。安全传感器标签极具吸引力的一个特性是无需连线，即可搜集和陈述物理参数丈量值。这儿有一项极大优点： MAX66242是传感器标签计划的要害元件。
传感器标签在医疗耗费品运用中的两个比如是：温度传感器和防晒指数传感器(SPF)。患者戴上一次性温度传感器标签后，护理无需触摸患者即可丈量体温。鉴于荫蔽的、风险的病毒传达问题，这种办法在必定程度上可以减轻或完全防止医院或诊所内的穿插感染。依照相同的办法，SFP传感器标签可协助沙滩上的游人正确运用防晒霜，防止太阳灼伤，用户只需运用智能手机读取SPF传感器即可。
传感器标签也有助于监测货品运送的完整性。例如，在运送宝贵和/或易碎货品期间，冲击或振荡传感器标签可丈量产生的冲击。
本例中，MAX66242是此类运用的要害元件，立异规划可支撑主机I?C端口。假如没有主机I?C端口，就需求小型微操控器搜集温度转化数据，然后将数据写入到标签的存储器，随后由读卡器搜集数据(图5)。
图5. 通用分立式传感器标签的暗示电路图。MAX66242主机I?C端口答应智能手机拜访传感器并搜集温度数据，无需运用微操控器。
如上所述，传感器标签将模仿物理量转化(或改换)为数字输出。此刻，MAX66242实践上是衔接这些外部模仿参数转化与有用信息的桥梁或管道，用户可在智能电话或平板电脑的屏幕上读取信息。相同，运用该IC的传感器标签无需外部动力，而是运用其能量搜集引脚VOUT作为传感器IC的电源。图6所示为典型的分立式传感器标签原理图。
图6. 分立式嵌入传感器标签结构。
确诊和过错数据搜集处理长时间安稳性问题
简而言之，MAX66242标签真实地支撑嵌入式体系与支撑NFC功用的便携式通讯设备进行通讯。NFC/RFID端口也可向服务人员供给报警，相似于轿车外表盘上的“当即检修引擎”指示灯。
在嵌入式规划中完成了图4所示的电路结构后，体系即可以以无线办法与外部交流信息，包含确诊和误码校验、从失效电路搜集数据、运转状况报警，以及其它体系装备/调试和校准数据。这种灵敏性为OEM供给了终端产品的增值功用。
规划者可运用MAX66242贮存对体系运转至关重要的确诊和毛病数据。在体系“死机”后或未上电时，可上传该数据。这种体系健康和毛病数据的搜集是经过NFC/RFID标签的接口完成的。图7所示为典型的电源办理体系，其间每个负载点(POL)稳压器由公共电源办理总线(PMBus)进行装备和监测。PMBus只是是I?C总线的一种变体。体系正常作业期间，继续监测每个POL的要害作业参数。在继续监测形式下，体系办理器也可执行批改办法，以呼应毛病或作业报警。
图7. 电源转化体系的方框图，运用MAX66242 NFC/RFID标签进行毛病记载。
运用该结构中的MAX66242，OEM可创立“瓶中信”或“黑匣子飞翔记载仪”，可贮存超容限参数(例如一切被监测毛病维护电路的触发点参数)。现在，技能人员运用RFID/NFC读卡器读取产生毛病之前记载的丈量值。该数据也可用于随后猜测特定的毛病，协助辨认反常作业条件。附加的智能确诊毛病功用有助于鄙人一代产品中猜测、缓解乃至消除灾难性毛病的本源。
运用常见于工业操控和主动化范畴的现场传感器和I/O卡。MAX66242标签答应调试传感器卡，一同设备在货架上可坚持不上电。只是在装置之前，运用智能电话将模仿校准数据、要害参数或其它体系级信息下载到传感器或I/O卡上的标签中。所以，顾客可运用其智能电话购买特定设备点卡，然后运用智能电话运用程序(app)装载点卡，或经过便携式设备的NFC/RFID衔接激活功用。
总结
最近几年，NFC/RFID技能的普及率现已大幅进步。但为什么为便携式设备添加NFC/RFID功用呢？由于这将使嵌入式渠道向更多运用敞开，催生了新式的安全便携式通讯运用；为OEM供给绝佳的商业机会。毫无疑问，跟着该技能的快速开展，潜在运用也越来越多；NFC/RFID被认为是IoT的要害柱石之一。
咱们给出了以DeepCoverMAX66242安全认证为中心的NFC/RF%&&&&&%运用电路。运用这种新办法，嵌入式便携体系很简略衔接外部国际。OEM可增强其产品差异化。跟着智能电话和平板电脑制作商不断在其产品中添加NFC/RFID技能，将逐步完善生态体系。
假如每个人都具有NFC/RFID读卡器，每个人都可以读取一些信息。这正是OEM的用武之地，再次获益！MAX66242标签示例为规划者供给了灵敏装备、安全认证以及陈述确诊数据的才能，是在嵌入式体系中简略、明的确现NFC/RFID功用的中心。抓住举动，趁着大都支撑NFC/RFID的设备没有完成。
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