NFC技术原理解析及应用参考设计集锦
  • 时间:2019-12-13
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  支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下,启动NFC通信的设备,也称为NFC发起设备(主设备),在整个通信过程中提供射频场 (RF-field),如图2所示。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度,将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必产生射频场,而使用负载调制(load modulation)技术,即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容,因此,NFC发起设备在被动模式下,可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备,并与之建立联系。

  在主动模式下,每台设备要向另一台设备发送数据时,都必须产生自己的射频场。如图1所示,发起设备和目标设备都要产生自己的射频场,以便进行通信。这是对等网络通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

  如图2所示,移动设备主要以被动模式操作,可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。在一个应用会话过程中,NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能,电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备,而不是发起设备。

  NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路。其应用广泛,NFC应用可以分为四个基本类型:

  接触、完成。诸如门禁管制或交通/活动检票之类的应用,用户只需将储存有票证或门禁代码的设备靠近阅读器即可。还可用于简单的数据撷取应用,例如从海报上的智能标签读取网址。

  接触、连接。将两台支持NFC的设备链接,即可进行点对点网络数据传输,例如下载音乐、交换图像或同步处理通信录等。

  接触、探索。NFC设备可能提供不止一种功能,消费者可以探索了解设备的功能,找出NFC设备潜在的功能与服务。

  对于配备NFC的电话,利用其读写器功能,用户只需接触智能媒体即可获取丰富的信息或下载相关内容。此智能媒体带有一个成本很低的RFID(嵌入或附加在海报中)标签,可以通过移动电话读取,借此发现当前环境下丰富多样的服务项目。并且手机可以启动移动网络服务请求,并立即按比例增加运营商的网络流量。运营商可以投资这个“即时满足”工具,通过、移动游戏和其他收费的增值服务来增加收入。

  最早在移动电话上使用非接触式智能卡,只是将卡粘到电话中。也并未通过非接触式卡提供任何增值服务,而且也不利用移动电话的功能或移动电话网络。之后经过改进,虽将非接触式智能卡集成到电话中,但仍然是基于传统智能卡部署的封闭系统。我们现在正见证向NFC电话发展的趋势,这种电话充分利用移动电话功能和移动电话网络,还提供卡读写器和设备对设备连接功能。

  使用非接触式智能卡的支付方式在美国和亚太地区发展势头良好。Visa、MasterCard和美国运通等信用卡的内置支付程序可以安全地存储在设备上的安全IC内。这样,NFC电话就可以充分利用现有的支付基础架构,并能够支持移动电话公司的新服务项目。

  电子票证是以电子方式存储的访问权限,消费者可以购买此权限以获得娱乐场所的入场权。整个电子票证购买过程只需几秒钟,对消费者而言非常简单便捷。在收集并确认了消费者的支付信息后,电子票证将自动传输到消费者的移动电话或安全芯片中。

  用户将移动电话靠近自动售票终端,即开始交易。用户与服务设备充分交互,然后通过在移动电话上确认交易,完成购买过程。到娱乐场所时,用户只需将自己的移动电话靠近安装在入口转栅上的阅读器即可,阅读器在检查了票证的有效性后允许进入。

  消费者希望无线连接简单便捷,但对消费者承诺的便利性和移动性却仍未兑现。虽然使用方便已成为消费者优先选择的主要动因,但安全性能也是一种必要的因素。

  NFC采用了双向的识别和连接,NFC手机具有三种功能模式:NFC手机作为识读设备(读写器)、NFC手机作为被读设备(卡模拟)、NFC手机之间的点对点通信应用。

  在该模式中,具备识读功能的NFC手机从TAG中采集数据,然后根据应用的要求进行处理。有些应用可以直接在本地完成,而有些应用则需要通过与网络交互才能完成。

  基于该模型的典型应用:门禁控制或车票、电影院门票售卖等,使用者只需携带储存有票证或门控代码的设备靠近读取设备即可。它还能够作为简单的数据获取应用,比如公交车站站点信息、公园地图信息等。

  在该应用模式中,NFC识读设备从具备TAG能力的NFC手机中采集数据,然后通过无线发功能是将数据送到应用处理系统进行处理。

  在该应用模式中, NFC手机之间可以进行数据的交换,后续的关联应用是本地应用也可以是网络应用。

  NFC(近距离通信)技术是为简便易用且直观的非接触式应用实现扩频的关键。它们面向各种电子器件,例如手机、PDA和消费类电子器件。

  意法半导体是业界第一家也是唯一一家提供芯片解决方案的公司,能够在全球范围内提供面向NFC设计的产品和解决方案。这包括:

  2)一系列面向SWP-SIM的安全32位Flash微、嵌入式安全元件、microSD SWP安全器件

  NFC收发器,带有集成式13.56 MHz多协议RF接口,具有SPI和UART串行接入功能,支持所有NFC模式(读写器、点对点和卡仿真)

  意法半导体致力于NFC技术的开发与推广,其解决方案包括:带有512KB~1.2MB闪存(带或不带MIFARE)、面向SWP-SIM的ST33系列,面向嵌入式安全单元的ST33解决方案和终端主机(基带)NFC堆栈固件。

  NFC:ST21NFCA提供了一种即用型解决方案,符合所有接触式接口的需求,可连接终端处理器,还包含面向所有标准RF协议的驱动器。通过整合微和嵌入式非易失性存储器(其可以轻松、高效地升级固件和用户功能),它提供了灵活且开放、面向不断变化的市场的解决方案。

  安全单元:ST33 系列满足了这些高安全性和高性能要求,在ARM SC300内核(安全ARM CortexTM-M3)上整合了最新的90nm Flash技术和最高的安全性。512KB~1.2MB闪存和用于实现NFC连接功能的SWP接口赋予了ST33无可比拟的性能和高安全性(包括CC- EAL5+认证),使其特别适合支持以SIM为中心的非接触式应用,包括最新的交通运输/票务MIFARE技术。

  此解决方案使用近场通信 (NFC) 技术实现了无电池键盘。此解决方案的核心部分是可以由主机微读写的 TI 动态 NFC 标签。支持 NFC 的手机可以快速发现并识别该键盘,然后在键盘和应用程序之间建立连接。此设计是无电池系统(即,无需电池即可工作),客户可以利用该系统构建具有优化尺寸 的产品(例如薄键盘)以及重量更轻的产品(例如易于携带)。

  德州仪器 (TI) MSP430FR573x 系列超低功率微由多个器件组成,这些器件特有嵌入式 FRAM 非易失性存储器,超低功率 16 位 MSP430 CPU,以及针对多种应用的不同外设。 此架构,FRAM,和外设,与 7 种低功率模式组合在一起,针对在便携式和无线感测应用中实现延长电池寿命进行了优化。 FRAM 是一款全新的非易失性存储器,此存储器将 SRAM 的速度,灵活性,和耐久性与闪存的稳定性和可靠性结合在一起,总体能耗更低。 外设包括一个 10 位模数转换器 (ADC),一个具有电压基准生成和滞后功能的 16 通道比较器,3 条支持 I2C,SPI,或 UART 协议的增强型串行通道,一个内部 DMA,一个硬件乘法器,一个实时时钟 (RTC),5 个 16 位定时器和数字 I/O。

  德州仪器 (TI) 动态 NFC 接口应答机 RF430CL330H 是一个 NFC 标签类型 4 器件,此器件将一个无线 NFC 接口和一个接线C 接口组合在一起,将此器件与一个主机相连。 SRAM 内的 NDEF 消息可由集成型 SPI 或 I2C 串行通信接口写入和读取,而此消息也可通过集成型 ISO14443B 兼容 RF 接口(支持高达 848kbps 数据速率)进行无线存取和更新。

  这可实现针对替代载波的 NFC 连接切换,如同,低功耗 (BLE),和 Wi-Fi 等,只需一次敲击的简便且直观的配对过程或认证过程。 作为一个常见 NFC 接口,RF430CL330H 使得终端设备能够与启用 NFC 的智能手机、平板电脑和笔记本电脑的快速增长的基础设施进行通信。

  TPS709xx 系列线性稳压器是设计用于功耗敏感类应用的超低静态电流器件。 一个精密带隙和误差放大器在温度范围内的精度为 2%。 只有 1A 的静态电流使得这些器件成为要求极小闲置状态功率耗散的电池供电类常开系统的理想解决方案。 为了增加安全性,这些器件还具有热关断、电流限制和反向电流保护功能。通过将使能 (EN) 引脚下拉至低电平可将这些稳压器置于关断模式。 这个模式的关断电流低至 150nA(典型值)。

  详细资料:TPS70933 具有反向电流保护的 150mA、30V 超低 IQ、宽输入、低压降稳压器

  此近场通信 (NFC) 参考设计提供实现 NFC 对等模式 (P2P) 应用的固件示例。其目的是向应用开发者展示以有源和无源模式使用 TRF7970A 实现稳定的对等模式项目的正确方法。对等模式协议的复杂性和需要查阅的 NFC 文档的庞大数量一向是开发者创建 NFC 应用时所面临的障碍。该参考设计通过提供少量(一共五个)易于使用的应用编程接口 (API) 解决了该问题。随附的文档、硬件和示例代码允许设计人员使用 MSP430 或其他精心挑选的 MCU 快速实现 NFC P2P 功能。

  2.TRF7970A 完全集成的多协议 13.56MHz RFID/NFC 收发器 IC。TRF7970A是一款用于 13.56MHz RFID/近场通信系统的集成模拟前端和数据组帧器件。 内置编程选项使得此器件适合于广泛的相邻或者附近识别系统的应用。

  如今的POS收银系统不是安装在柜台上,就是嵌入在加油机或自动贩 卖机等设备中。移动版本POS收银系统(mPOS)小巧轻便,销售人员可随身携带,或连接至智能手机、平板电脑或笔记本。mPOS系统使小型企业和个人能 够通过最少的投入,实现非现金交易,而较大型零售商则可通过 mPOS改善零售和支付流程。

  有了NFC,用户操作变得非常容易只需轻触卡片或智能手机,即可完成交易,让支付流程变得前所未有的快捷、简单。无需再等待接触式智能卡完成交易,也无需因为第一次刷卡失败而重刷磁条卡。减少等待,皆大欢喜。

  NFC还可以让您开展除收款外的其他活动。NFC可以收集来自客户智能卡或智能手机的数据,用于直接营销活动和会员计划。POS收银系统随后可以向客户 的电子邮件帐户发送无纸化收据、向其智能手机推送个性化文本信息、向其会员帐户添加积分或发送专享优惠券。POS收银系统已成为客户服务中不可或缺的一部 分。

  1)PN512是一款高度集成的收发器IC,用于13.56 MHz的非接触式通信。该收发器IC利用出色的调制和解调概念,完全集成各类13.56 MHz非接触式通信方法和协议。

  具有板载NFC读卡器IC的智能表,为费消者带来了全新层次的便捷和互动。使用NFC添加支付功能后,消费者可随时使用智能卡付款,让支付服务费用更加简便。

  整个过程非常简单。只需购买一张卡,为其充入足够的资金,以购买特定量的服务,然后将该卡轻触计量表进行支付。如果使用智能手机,充值金额可存储在应用程序中。

  计量表公司不必为支付功能派人去配置计量表,从而省下间接成本,而且因为只有特定人员有账户访问权限,所以可提高安全性。对消费者来说,公用事业支付功能可以与其他智能卡功能结合起来,如支付交通费,因此能减少需要追踪消费的卡片数和随身携带的卡片数。

  在点对点模式下,手机可以作为计量表的显示接口,方便追踪消费情况和检查帐户。甚至可以设定计量表,传送通知给消费者,提醒他们用量突然大增或账户余额减少等情况。

  MFRC522是一款高度集成的读写IC,用于13.56 MHz的非接触式通信。MFRC522读卡器支持ISO/IEC 14443 A/MIFARE模式。MFRC522内部发送器可驱动读写天线和应答器,而无需额外的有源电路;该读写天线设计用于ISO/IEC 14443 A/MIFARE卡的通信。接收器模块可稳定、高效地解调和解码来自ISO/IEC 14443 A/MIFARE兼容型卡和应答器的信号。数字模块管理全部ISO/IEC 14443 A成帧与错误检测(奇偶校验和CRC)功能。

  智能卡用于高度安全性门禁系统已有二十多年。为门锁增加NFC读卡器功能,可以让过去用于保护世界上最有价值资产的同种技术,应用于家庭、公寓大楼和酒店。

  屋主可以设置门锁,只让特定人员或团体通行,例如清洁人员只能在上午十点到十一点进出,而急救人员可随时通行。公寓大楼的住户流动性供,能更改设定的门锁特别实用。酒店房客只需用NFC智能卡轻碰门锁,即可打开房门。

  NFC门禁胸牌可以使员工快速、安全地进出办公室、访问其计算机以及存储在云端的机密文件。内嵌NFC芯片的护照或身份证还可以加快通关速度,或授予政府大楼的进出权限,并且可以安全访问个人信息,例如纳税资料或病历记录。

  只需几美元就可以在街头小店配一把传统钥匙,并且对3D打印的研究表明,很快就能复制更为复杂的高安全性金属钥匙。塑料智能卡比金属钥匙更便宜,更难以复制,并且在二十多年前就已经用作高安全性门禁系统的一部分。

  通过为门锁增加NFC读卡器功能,用于保护世界上某些最宝贵物品的同种智能卡技术现在已能够应用于家庭、公寓大楼和酒店等日常场所。

  智能手机可用于配置门锁,因此房主可以向特定人员或群体授予临时进入权限。例如,清洁只能在上午10点至11点之间进入,而紧急可以在收到通知的第一时间获得进入权限。在公寓大楼中,可编程门锁也尤其有用,高流动率可能会导致频繁的钥匙控制。

  通过将支持NFC的智能卡用作钥匙,酒店住客可以更快地进入其房间。 只需用卡轻触门锁即可打开房门, 再也不用笨手笨脚地摸索卡槽或研究正确的插卡方式。 酒店住客甚至可以通过无线方式、电子邮件、短信或Web平台来接收其钥匙。 无需在前台登记入住,并且酒店只需存储较少的塑料卡。

  在游乐园,NFC腕带可以让儿童自由玩耍,并且在参加各种活动或参观特定场所时,还可以通过腕带获得积分。 腕带可以重使复用,使游客能够自由来去。

  1)PR601提供了前所未有的集成度,将多个分立IC的功能结合在单个封装中,实现了针对访问和工业应用的紧凑型高性价比非接触式读卡器系统的开发。该模块包括微功能且支持基于13.56 MHz的多种非接触式读卡器协议。

  PREV601M/01微型板是一种可在门锁中实施的紧凑型PR601设计。 应用笔记介绍了钥匙多样性和用于简化开发的通用数据模型。

  凭借NFC,现在的家庭、公寓大楼和酒店都可使用媲美高安全性门禁系统的技术。将NFC集成到门锁,功耗很低,还能增加安全性、便利性、远程监控和控制。

  此外,由于恩智浦使用最稳健、经过大量测试的NFC技术,PR601可最大程度降低门上金属产生的磁场干扰。

  读卡器终端的微采用一项恩智浦专有功能(低功耗卡检测),在进入睡眠模式的同时,仍可对卡执行轮询操作,从而确保实现节能。

  政府颁发的官方电子文件(eDoc)(如国民电子身份证、电子护照、电子健康医疗卡)正以惊人的速度向前发展。虽然电子文件是最安全的官方文件,但在移 动设备上进行安全交易时,却很不方便。在操作触摸屏时, 如何让NFC读卡器读取电子文件呢? 如果您手上恰好没有身份证,又该怎么办?

  对于大部分安全互联网身份验证(电子政务服务、网站登录)而言,唯一需要的是电子安全功能。对于这些交易,只需让NFC移动读卡器读取一次官方电子文 件,即可为电子文件中的身份创建一个安全的电子副本,即所谓的“衍生身份”。该衍生身份通常有时间和用途限制,但不必再次出示电子文件进行安全验证,就能 在移动设备上的网站、应用程序和服务上使用。

  移动设备中的NFC读卡器可以创建一个简单的接口,安全衍生出一个仅限于该设备的电子副本,非常适合我们在移动设备上进行的日常身份验证和电子交易。

  安全元件: 用于芯片卡的SmartMX2非接触式安全微处理器,如德国国民电子身份证中使用的P60D144

  NFC将智能交通提升到全新层次: 增加旅客人数、提高便利性,并节省时间。对于许多熟悉非接触式智能卡系统的旅客而言,感应式服务将不再陌生,而NFC将非接触式凭据引入智能移动设备,创造全新的可能。

  因此,智能移动设备将成为规划旅行、购票和提供旅客实时信息的中心。这将缩短售票机前的队伍、增加旅客人数,并确保他们绝不会错过任何变更的信息。

  如今家庭的互联性日益增强。日常家电从灯具、吊扇到洗衣机现在都开始连上网络。物联网(IoT)正重新定义我们的居家环境,创造全新的能源管理方式,让生活更加舒适,更丰富有趣。

  在向互联生活过渡中,NFC发挥着重要作用,为整个家庭带来了全新层次的便捷性和互动。只需轻触一下,即可将家电和联网设备添加到家庭网络,而且只要安装正确的应用程序,就能用智能手机和平板电脑控制或设置一切事物。

  NFC还可以让家电实现更多功能。只需将冷冻餐的包装轻碰微波炉,微波炉就会完成后续工作。配备NFC的家电还可以自行注册、设置质保日期,并在需要维修时提醒用户。

  在没有显示屏的家电上,可以用NFC将手机或平板电脑变为互动式显示屏。设置洗衣机将变得非常容易,只需打开智能手机和平板电脑上的应用程序即可轻松设置。维修技师可以使用NFC访问维修手册或订购替换零件。

  对于采用NFC技术的机顶盒,可支持感应式功能,其应用的领域包括验证、密码管理,以及蓝牙和WiFi连接。利用采用NFC技术的非接触式智能卡或智能手机,便可无比简单地添加家长控制和进行支付。

  此基于Linux的机项盒配备PN7120 NFCIC和TDA8037接触式读卡器,因此便可为付费电视、视频点播和按次付费收视完成支付。PN7120利用固件完成了预先配置,支持Linux OS,并且按照NFC论坛的要求使用NFC接口。

  恩智浦是付费电视智能卡读卡器的全球领导者。系统配备TDA8037接触式读卡器,支持访问加密节目,获取地区或付费电视频道的授权。

  NFC 可以为玩具注入活力,让游戏更加有趣。用NFC连接游戏机,可让角色游戏玩具获得新生命。更新点数、增加能量或额外武器,还可以玩新增功能。玩具可以保持 无源模式,这样耗电较少,电池使用寿命也更长。此外,玩具可以轻松连接至任何网络,不论是在朋友家、网络咖啡屋、社区游戏中心,还是游乐园,走到哪儿玩到 哪儿。

  NFC可以让各类游戏更好玩,经典棋盘游戏也不例外。当棋盘识别出您的棋子已移动或放置在特定卡片上时,将会做出反应。支持NFC功能的智能手机或棋盘游戏可识别集换式卡片,引发预先设定的动作,或是轻触一下,让不同的玩具实现互动。

  1)PR601提供了前所未有的集成度,将多个分立IC的功能结合在单个封装中,实现了针对访问和工业应用的紧凑型高性价比非接触式读卡器系统的开发。该模块包括微功能且支持基于13.56 MHz的多种非接触式读卡器协议。

  3)PN512是一款高度集成的收发器IC,用于13.56 MHz的非接触式通信。该收发器IC利用出色的调制和解调概念,完全集成各类13.56 MHz非接触式通信方法和协议。

  如今,涉及企业数据和个人信息的安全漏洞已为大家所熟知,这些令人不安的事实提醒我们,当我们在上网,或当我们允许某人访问虚拟专用网络(VPN)时, 是多么容易受到攻击。很显然,用户名和密码这样的简单组合已远远不够。每天有越来越多的新设备上线,运用NFC的身份验证功能,就能让在线访问更加安全。 无论是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、甚至机顶盒或游戏机,只需轻碰一下您的胸牌、身份证或专用智能卡,NFC即可保证在线访问的安全。

  NFC 还可以提高办公效率。只需简单的触碰,即可将您的笔记本电脑或平板电脑与蓝牙和WiFi网络配对,不必再浪费时间输入密码和设置配置。在点对点模式下,只 需轻轻一碰,即可将文件发送到打印机、向支持NFC的扬声器传输音乐流或从新同事的NFC智能手机中获取联系方式。

  接触式智能卡广泛用于机顶盒中,为观看者提供订阅电视节目的访问权限。增加NFC可以进一步提高便利性并增强功能。机顶盒配备接触式智能卡读卡器和 NFCIC后,就可以访问加密节目,获得地区或付费电视频道的授权,并且可以支付付费电视、视频点播和按次付费收视等服务。

  NFC也简化了设备间的蓝牙和WiFi配对,一切有如握手般简单!比如,将电视或音频系统与无线扬声器连接起来。NFC也可让您用智能手机对任意设备编程。

  只要用智能卡或支持NFC的智能手机轻触,即可设定音频和视频系统,一开机就能进入预设的喜爱频道和您最喜欢的小工具;也可轻松使用家长监护和保护儿童的功能,确保儿童只能在指定时段内观看合适的频道。

  要进行故障排除,只需用智能手机轻触NFC设备便可立即获取协助,包括在线维护、固件更新或者直接呼叫服务台。产品注册也非常便捷。NFC会为您读取产品序列号,让您只需在智能手机上填入少量的数据即可完成注册,之后便可享受所有服务。

  NFC可以提高家电的智能等级,因此,它们可以为用户实现更多功能。 例如,在厨房内,只需将冷冻餐的包装轻触微波炉,微波炉就可以使用最优设置完成剩余工作,以确保达到最佳效果。 同样地,葡萄酒储藏柜可以为收藏的特定葡萄酒自动下载最佳温度设置。

  具备NFC功能的家电还可以通过向制造商发送一条消息来注册产品和设置其质保日期。 家电可以配置为通过短信或电子邮件联系用户,以提醒他们安排定期保养、延长保修期或接收个性化推荐和折扣。

  在无法容纳大型显示屏的家电中,通过连接的NFC标签,可以将外部设备用作接口,从而以经济高效的方式添加交互式显示屏。 例如,与洗衣机通信简单到只需在支持NFC的智能手机或平板电脑上打开一个应用程序,然后用设备轻触洗衣机的控制面板。 在一个便利且易于导航的位置即可提供所有扩展设置,例如额外的漂洗周期或给衣服消毒或去除过敏原的周期。

  维修技师也可以使用NFC访问 家电的维修手册或现场订购替换零件。 只需轻触手机或平板电脑即可即时访问所有必要数据:型号、序列号、用途、状态等。 房主还可以更好地控制维护流程,使用NFC即可排除故障、重置机器、下载固件或要求维修人员上门服务,维修人员将会携带相关备件上门。 NFC还可以为消费者提供对帮助台的一触式访问,从而获得即时的个性化服务。

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