Связь ближнего действия: NFC EEPROM для расходомеров и систем «умный дом»

9 июня 2014

Двухпортовые микросхемы EEPROM-памяти для RFID-устройств от STMicroelectronics поддерживают интерфейсы стандартов ISO 15693 (беспроводной) и I2C. Серия M24LRxxx ориентирована на применения в системах мониторинга, промышленных линиях, автомобильных приложениях, а M24SRxxx – на приложения, активно взаимодействующие с пользовательскими устройствами, например, со смартфонами.

Устройства и системы радиочастотной идентификации RFID работают на частотах от нескольких десятков килогерц, до единиц гигагерц на разрешенных для свободного использования участках электромагнитного спектра. Наибольшей популярностью из-за своих эксплуатационных характеристик пользуются диапазоны 125…135 кГц и 13.56 МГц. Благодаря относительно небольшим размерам антенн, RFID-устройства диапазона 13.56 МГц (в частности – считыватели данных RFID-меток) могут использоваться не только на стационарных объектах, но и встраиваться в небольшие переносные устройства – в частности, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты и прочие гаджеты. Постепенно ориентированные на мобильные устройства RFID-решения выделились в набор стандартов и технологий, названных технологиями ближней бесконтактной связи – Near Field Communication (NFC).

Технология NFC берет свое начало в 2004 году, когда компании Nokia, Philips и Sony учредили организацию под названием NFC-форум. В 2006 году NFC-форум выпустил первые спецификации стандартов для NFC-устройств. Вскоре появилась элементная база для них, а следом – и первые устройства.

NFC-устройства работают на частоте 13.56 МГц и могут передавать данные со скоростями 106, 212 и 424 кбит/с. В состав NFC-модуля входят приемопередатчик, антенна, микроконтроллер и (опционально) интерфейсы для внешних устройств.

Взаимодействие между NFC-устройствами основано на механизме взаимной индукции. Переменный ток в антенне устройства-инициатора (initiator), активирующего взаимодействие, порождает изменения магнитного потока, создаваемого этим током. В результате возникает переменный ток в антенне целевого устройства (target), которая охватывается магнитным потоком инициатора. Таким образом распространяется сигнал от инициатора к целевому устройству. Передача данных обеспечивается за счет модуляции амплитуды этого сигнала, который затем демодулируется в целевом устройстве. В свою очередь, целевое устройство, чтобы передать сигнал, изменяет определенным образом (за счет вариации импеданса) ток в своей антенне. Изменения тока приводят к генерации собственного магнитного поля целевого устройства, которое взаимодействует с магнитным полем инициатора. Это взаимодействие порождает вариации тока в инициаторе. Демодулировав эти вариации, инициатор получает информацию от целевого устройства.

Соединение между NFC-устройствами устанавливается достаточно быстро – примерно за 0.1 с.

Основной изюминкой технологии является, несомненно, возможность иметь NFC-устройства без источника питания, активируемые при попадании в зону действия считывающего устройства, которое в данном случае играет роль клиентского устройства, запрашивающего некоторую информацию. Отсутствие источника питания позволяет NFC-узлу находиться в состоянии покоя сколько угодно долго, смены источников автономного питания или применения альтернативных источников энергии не требуется.

В настоящее время в России реализуются пилотные проекты для демонстрации возможностей NFC, отработки тарификации и технологических аспектов, бизнес-моделей и пр. [1…3]. Основные сдерживающие факторы развития NFC в России – это низкая информированность потенциальных пользователей о возможностях данной технологии, недостаточное развитие инфраструктуры и несовершенство российского отраслевого законодательства.

Одним из основных факторов, влияющих на развитие рынка NFC в мире, является наличие соответствующей инфраструктуры и абонентских устройств.

Однако для конечного пользователя NFC в России – это маловажная опция, которая фактически не оказывает влияния на потребительский спрос и продажу смартфонов. На данном этапе развития рынка использовать телефоны с поддержкой этой технологии в российских проектах, как правило, нельзя – для этого необходим специальный NFC-модуль, который устанавливается в телефон, либо банковская карта с поддержкой NFC. Тем не менее, в перспективе, как показал совместный опрос агентства J’son & Partners Consulting и компании SMARTEST, можно ожидать усиления развития NFC-инфраструктуры, в частности – появления на российском рынке большого количества моделей смартфонов с поддержкой NFC, а также выхода на рынок специализированных NFC-устройств.

По данным опроса, проведенного J’son & Partners Consulting совместно со SMARTEST в июле 2012 г., основными отраслями, в которых технология NFC будет наиболее перспективна в ближайшие 1…3 года, являются общественный транспорт, розничная торговля, сфера услуг, реклама и маркетинг (рисунок 1) [2].

Рис. 1. Прогноз развития NFC-рынка по данным J’son&Partners Consuting, сделанный в 2012 году

Рис. 1. Прогноз развития NFC-рынка по данным J’son&Partners Consuting, сделанный в 2012 году

Бесконтактные платежи будут популярны на автозаправочных станциях и парковках, на культурных и спортивных мероприятиях, в кафе и ресторанах быстрого питания, то есть в тех местах, где одновременно обслуживается большое количество людей и требуется мгновенная авторизация платежа, а сумма покупки относительно невелика. Кроме того, NFC может использоваться в системах учета рабочего времени сотрудников предприятий Time&Attendance (T&A), в рекламе («умные постеры») и других отраслях.

В частности, «умные постеры» (Smart Posters) на основе технологии NFC предоставляют рекламодателям новые возможности интерактивного маркетинга с привязкой к местоположению пользователя. C их помощью потенциальные клиенты могут быстро и легко получить дополнительную информацию о продукте, рекламном предложении, получить купон на скидку, подписаться на услугу, принять участие в голосовании и пр.

Идея расплачиваться мобильным телефоном, в который загружены виртуальные банковские и транспортные карты, может показаться российским пользователям более привлекательной, чем наличные платежи, любовь к которым пользователи сохранили до сих пор. Видимо, в расчете на это, российские операторы сотовой связи в последний год один за другим начали запускать NFC-проекты.

Наиболее масштабные проекты «связи ближнего действия», которые уже реализованы в России, относятся к сфере транспорта. И это не случайно – проблема NFC-инфраструктуры здесь решается легче всего.

Основные участники зарождающегося рынка NFC – «большая тройка» сотовых операторов, крупнейшие банки и платежные системы.

В крупных российских городах все больше школ начинает вводить систему контроля доступа с помощью смарт-карт школьника, устанавливая на входе турникеты с NFC-считывателями. При этом система умеет отправлять на мобильный телефон родителя СМС-оповещение о том, что ребенок прошел в школу или покинул ее.

Крупной отраслью применения NFC может стать и транспортная логистика – это и отслеживание передвижения транспорта и грузов, отслеживание выполнения условий перевозки товаров, идентификация и учет рабочего времени транспортных средств.

Другим ключевым трендом в использовании NFC в России эксперты называют использование этой технологии в системах контроля доступа. Иначе говоря, мобильный телефон с NFC-чипом становится «ключом» к различным системам доступа, заменив собой обычные ключи, электронные пропуска и пр [2].

Весьма перспективной сферой применения NFC-технологий является сфера жилищно-коммунального хозяйства, где они могут применяться и для организации оплаты услуг, и для тарификации, и для мониторинга и проверки объектов учета, а также в качестве электронных ключей в домофонах, для доступа в хозяйственные помещения, гаражи, прилегающие территории.

Для массового внедрения NFC-технологий пока есть некоторые ограничения инфраструктурного характера: в достаточной мере должны распространиться считывающие NFC-устройства и смартфоны с NFC-чипами, а банкам и операторам сотовой связи нужно иметь соответствующие ИТ-платформы, способные обеспечивать NFC-транзакции.

Рынок NFC-сервисов и устройств нуждается в соответствующей инфраструктуре — в том числе в платформах, которые в рамках технологии NFC обеспечат безопасный обмен информацией, «доставку» виртуальных банковских карт, транспортных билетов в телефоны, основы для интеллектуальных плакатов и рекламных материалов.

Для NFC-устройств STMicro­electro­nics предлагает EEPROM с двойным интерфейсом доступа – семейства памяти M24LRxxх и M24SRхх (рисунок 2). Доступ к данным возможен по интерфейсу I2C и по радиоинтерфейсу стандарта ISO 15693 или ISO 14443 соответственно [4].

Рис. 2. Принципы работы микросхем с двойным интерфейсом серий M24LRxxx и M24SRxxx

Рис. 2. Принципы работы микросхем с двойным интерфейсом серий M24LRxxx и M24SRxxx

Основные целевые области применения памяти с двойным интерфейсом:

  • производство и логистика (установка параметров устройств, задание калибровочных коэффициентов, проверка или запись ключей активации);
  • сервис и обслуживание приборов учета (запись или снятие данных счетчиков, проверка режима функционирования устройства, калибровка);
  • пользовательские устройства (персонализация сервисов, предоставление информации о дополнительных сервисах, регистрация данных).

Линейки M24SR и M24LR, параметры, корпуса, особенности

NFC-устройства совместимы со стандартом ISO/IEC 14443 (A и B), на основе которого уже в течение многих лет работают беспроводные смарт-карты. Наиболее популярными для реализации RFID NFC-сервисов являются стандарты ISO/IEC 15693, ISO/IEC 14443.

Стандарт ISO/IEC 15693 относится к Vicinity-идентификаторам и предназначен для экономичных низкоскоростных приложений. Для этого стандарта допустима скорость обмена данными 26 кбит/c при напряженности поля 0.15 A/м – это позволяет достичь расстояния срабатывания до 1 м.

Стандарт 15693 используют в RFID для логистики и управления доступом. Выбранные методы модуляции несущей частоты 13.56 МГц позволяют передавать данные между считывателем и идентификатором на расстоянии до 1.5 м. Скорость передачи данных может составлять 6 кбит/с или 26 кбит/с. При этом возможно использование одной или двух поднесущих частот.

Стандарт описывает несколько команд, необходимых для выполнения процедуры разрешения коллизий и обязательных для понимания всеми типами идентификаторов, и оставляет свободу для создания производителем своего набора команд. Кроме уникального идентификатора (UID), метка может иметь также собственный Application family identifier (AFI) и Data storage format identifier (DSFID).

Рис. 3. Структурная схема EEPROM серии M24LRxxх

Рис. 3. Структурная схема EEPROM серии M24LRxxх

Серия микросхем памяти M24LRxxх (рисунок 3) поддерживает стандарт ISO 15693 в качестве беспроводного интерфейса и интерфейс I2C для связи с внешним контроллером. Максимальная дальность связи по беспроводному интерфейсу – до 1.5 м, скорость передачи данных по интерфейсу I2C – до 400 кБит/с. Широкий диапазон напряжений питания 1.8…5 В позволяет применять память данной серии в сочетании с различными управляющими контроллерами. Малые токи потребления позволяют питать EEPROM непосредственно от выходной линии микроконтроллера – ток потребления при записи – 0.4 мА, при чтении – 0.2 мА. Специальный вывод памяти отображает состояние активности радиоканала для предотвращения одновременного доступа к памяти по двум различным интерфейсам. Встроенная опция сбора энергии (Energy Harvesting) позволяет питать внешние устройства при поступлении энергии на радиоинтерфейс. Исключение составляет память M24LR64-R, но STMicroelectronics не рекомендуют применять ее для новых разработок.

Память серий M24LRxx выпускается в корпусах поверхностного монтажа – SO8, TSSOP8 и миниатюрных UFDFPN. Основные параметры микросхем серии M24LRxxx представлены в таблице 1.

Таблица 1. Память серии M24LRxxх с двойным интерфейсом, поддерживающая стандарт ISO 15693

Наименование Объем памяти, бит Корпус Индикация активности
радиоканала
Вывод питания внешних
устройств
M24LR04E-R 4096 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 + +
M24LR16E-R 16384 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 + +
M24LR64-R 65536 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6
M24LR64E-R 65536 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 + +

Протокол ISO 15693 позволяет работать с одним устройством среди нескольких, работать с несколькими устройствами одновременно или осуществлять широковещательную рассылку (работа одновременно со всеми RFID-метками в радиусе действия считывателя). Это позволяет устройству считывания (т.н. RF-хост) идентифицировать и обмениваться данными с несколькими EEPROM M24LRxxx, соединенными параллельно.

Каждая микросхема серии M24LRxxx имеет уникальный 64-битный номер, который, с одной стороны, позволяет уникально идентифицировать каждую микросхему памяти, с другой – может быть использован для генерации пароля.

В памяти доступно до 64 независимых секторов (1 сектор – 1 кбит) каждый из секторов может быть защищен от записи, чтения, от чтения и записи одним из трех 32-битных паролей.

Наличие трех паролей позволяет организовать многопользовательский доступ к данным EEPROM, разграничив доступ к данным различного уровня конфиденциальности.

Основные характеристики микросхем M24LRxxx:

  • диапазон напряжений питания: 1.8…5.5 В;
  • ток потребления (при питании со стороны I2C-интерфейса):
    • в режиме чтения: от 50 мкА (Vcc = 1,8; fscl = 100 кГц) до 400 мкА (Vcc = 5.5; fscl = 400 кГц);
    • в режиме записи: 220 мкА;
    • в режиме ожидания: 30…40 мкА;
  • режимы одиночного чтения и чтения последовательных блоков;
  • рабочие тактовые частоты I2C-интерфейса 25…400 кГц;
  • со стороны I2C-интерфейса доступ к данным осуществляется побайтно, со стороны радиоинтерфейса – блоками по 32 бита;
  • более миллиона циклов перезаписи;
  • время записи: по I2C – <5 мс, по радиоканалу – 5.75 мс;
  • время хранения данных: до 40 лет.

Для разрешения конфликтов одновременного доступа к памяти по I2C и по радиоканалу семейство M24LRxxx имеет встроенную схему арбитража.

В схему арбитража входят:

  • менеджер питания, отслеживающий наличие питания от внешнего источника или поля;
  • арбитр доступа, отслеживающий режим доступа к памяти со стороны радиоканала и шины I2C.

Основные правила арбитража следующие:

  • при отсутствии питания на линии VCC доступ к памяти возможен только по радиоканалу;
  • при наличии и поля считывателя, и проводного питания, выполняется первая из распознанных команд, пришедшая или по радиоканалу, или по шине I2C, и до завершения ее выполнения остальные команды игнорируются.

Память серии M24SR соответсвует другому стандарту – ISO/IEC 14443. Этот стандарт, описывающий частотный диапазон, метод модуляции и протокол обмена данными бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего радиуса действия (до 10 см) на магнитосвязанных индуктивностях. Наиболее известной реализацией стандарта стало семейство карт Mifare. Этот стандарт используют также электронные паспорта и визы.

На базе этого стандарта создана технология NFC для двустороннего обмена сообщениями и данными между устройствами.

Стандарт определяет использование свободного (нелицензируемого) диапазона частот 13,56 МГц с амплитудной модуляцией и девиацией 850 кГц. В России нормативным документом для использования этого частотного диапазона является Приложение 4 к решению ГКРЧ от 7 мая 2007 года N07-20-03-001. Дальность чтения типовых карт и считывателей — 5…15 см. Скорость обмена — 106…848 кБит/с. Стандарт предназначен для карт с малой дальностью чтения и большими скоростями обмена данными. В основном это рынок платежных средств и идентификации личности.

Как правило, подобные приложения не требуют большого объема памяти, важнее скорость доступа к данным и высокий уровень их защиты от несанкционированного доступа. Этим требованиям соответствуют микросхемы EEPROM серии M24SRxxх.

В серии M24SRxxх представлены EEPROM объемом 2…64 кбит (таблица 2), максимальная дальность связи по беспроводному интерфейсу – до 10 см, скорость передачи данных по интерфейсу I2C – до 1 Мбит/с, напряжения питания – 2.7…5 В. Так же, как и в серии M24LRxxx, в M24SRxxx данные могут быть защищены паролями на чтение, запись, чтение и запись, однако для данной серии длина паролей составляет 128 бит. M24SRxxx поддерживает структуру данных NDEF [4].

Таблица 2. Память серии M24SRxxх с двойным интерфейсом, поддерживающая стандарт ISO 15693

Наименование Объем памяти, бит Корпус Индикация активности радиоканала Вывод питания внешних устройств
M24SR02-Y 2048 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 +
M24SR04-Y 4096 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 +
M24SR16-Y 16384 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 +
M24SR64-Y 65536 SO8; TSSOP8; UFDFPN8 2x3x0.6 +
SRTAG2K-D 2048 Ni/Au Wafer; UFDFPN 8 2x3x0.6 +

 

Серии M24SRxxx и M24LRxxx повыводно совместимы друг с другом, совместимы также и параметры их антенн.

Вместе серии M24SRxxx и M24LRxxx охватывают широкий спектр NFC-сервисов и приложений. Серия M24LRxxx, благодаря большему возможному радиусу доступа, ориентирована на применения в системах мониторинга, промышленных линиях, автомобильных приложениях. Серия M24SRxxx, поддерживающая структуры данных NDEF, ориентирована на приложения с активным взаимодействием с пользовательскими устройствами, например, со смартфонами. В свете систем учета потребления энергоресурсов, при помощи своего телефона пользователь может отслеживать по данным счетчика с EEPROM с двойным интерфейсом динамику потребления ресурса, вплоть до последующей передачи этих данных управляющей компании для тарификации.

Отладочные платы и наборы для M24SR/M24LR

Для начала работы с EEPROM с двойным интерфейсом компания STMicroelectronics предлагает широкий выбор отладочных средств и ознакомительных плат (таблица 3), позволяющих разработчику оценить расстояния, на которых возможно успешное считывание по радиоканалу, влияние типа и взаимного расположения антенн считывателя и памяти на обмен данными.

Таблица 3. Демонстрационные наборы и отладочные платы микросхем серий M24LRxx и M24SRxx

Отладочный набор Описание Целевой продукт
DEVKIT-M24LR-A Отладочный набор для EEPROM серий M24LRxx-R M24LR64-R
EVAL-RX95HF Отладочный набор для м/с считывателя RX95HF
FLEX-M24LR04E Печатная антенна 45х75 мм на гибкой основе для M24LR04E-R M24LR04E-R
M24LR-DISCOVERY Оценочный набор для EEPROM M24LR04E с функцией Energy Harvesting M24LR04E-R
M24SR-DISCOVERY Оценочный набор для EEPROM серий M24SR series – Dynamic NFC/RFID tag M24SR64-Y
PLUG-CR95HF-B Отладочная плата считывателя RFID/NFC-карт CR95HF CR95HF
ROBOT-M24LR16E-A Демонстрационная плата с EEPROM M24LR16E-R M24LR16E-R

 

Отладочные наборы [4…7] позволяют:

  • работать с EEPROM и в режиме доступа по шине I2C, и в режиме доступа по радиоканалу;
  • исследовать работу механизмов разделения памяти на блоки, защиты отдельных блоков, работы механизмов парольной защиты.

Рис. 4. Отладочный набор M24LR- DISCOVERY

Рис. 4. Отладочный набор M24LR- DISCOVERY

Одним из наиболее простых, но функциональных отладочных наборов является набор M24LR-DISCOVERY (рисунок 4), включающий в себя две платы M24LR board с памятью и плату с приемопередатчиком CR95HF.

Плата M24LR board содержит микросхему памяти с двойным интерфейсом M24LR04E-RMN6T/2 (4 кбит, корпус SO8N), контроллер STM8L152C6T6 c 8 кбайт FLASH-памяти, датчик температуры STTS751-0WB3F, печатную антенну 20х40 мм, ЖК-индикатор. Имеет разъемы EEPROM (I2C) для программирования и отладки программ контроллера (SWIM).

M24LR board также может работать с телефонами и коммуникаторами на базе Android с поддержкой NFC. Соответствующее приложение NfcV-Reader доступно в репозитарии приложений Google Play и позволяет при помощи телефона просматривать данные, зафиксированные платой.

Плата приемопередатчика (RF transceiver board) включает в себя трансивер CR95HF-VMD5T на 13.56 МГц, контроллер STM32F103CB с FLASH-памятью на 128 кбайт, печатную антенну 47х34 мм. Интерфейс с хост-компьютером и питание платы осуществляется через USB.

Рис. 5. Внешний вид демонстрационного набора M24SR-DISCOVERY

Рис. 5. Внешний вид демонстрационного набора M24SR-DISCOVERY

Демонстрационный набор M24SR-DISCOVERY (рисунок 5) предназначен для оценки возможностей EEPROM серии M24SRxxx и устройств на базе микросхемы M24SR64 и включает в себя динамическую NFC/RFID-метку на основе M24SR64-Y с печатной антенной 31х30 мм, выполненной на двух сторонах платы. На плате расположены также:

  • микроконтроллер STM­32­F103­RGT6 с 1 Мбайт FLASH-памяти;
  • цветной LCD-дисплей 320х240 точек;
  • несколько цветных светодиодов;
  • джойстик.

Микроконтроллер STM32F103 управляет LCD посредством SPI-интерфейса и позволяет получить доступ к данным EEPROM через I2C-интерфейс.

M24SR-DISCOVERY [5] поставляется в двух версиях – Standard и Premium (M24SR-DISCO-PREM). Версия Premium содержит дополнительно Bluetooth-модуль с аудиовыходом и наушники для демонстрации процесса соединения Bluetooth-устройств посредством NFC.

Антенны для NFC/RFID

Для работы с RF-хостами к микросхемам EEPROM подключается индуктивная антенна. Индуктивность антенны, подключаемой к выводам AC0, AC1 микросхем EEPROM серий M24 рассчитывается таким образом, чтобы резонансная частота параллельного колебательного контура, образованного индуктивностью антенны и встроенной емкостью (параметр Ctunning) была равна 13.65 МГц. В зависимости от требуемого форм-фактора конечного устройства возможно применение печатных петлевых антенн (примеры таких антенн также доступны на сайте STMicrolectronics), антенн, выполненных в виде индуктивностей поверхностного монтажа.

Выбор антенны того или иного типа зависит от условий эксплуатации RFID/NFC-системы – возможной взаимной ориентации антенн считывателя и меток, окружения (наличие нескольких устройств в зоне действия считывателя, наличие металлических предметов), форм-фактора.

В общем случае, при увеличении эффективного радиуса антенны NFC-узла увеличивается расстояние, на котором возможна успешная работа с данными EEPROM (рисунок 6).

Рис. 6. Диапазон чтения данных EEPROM по радиоканалу в зависимости от типа антенны (на примере микросхем серии M24LRxxx и антенн, выполненных по документации STMicroelectronics)

Рис. 6. Диапазон чтения данных EEPROM по радиоканалу в зависимости от типа антенны (на примере микросхем серии M24LRxxx и антенн, выполненных по документации STMicroelectronics)

Рис. 7. Внешний вид демонстрационного набора MATRIX-M24SR

Рис. 7. Внешний вид демонстрационного набора MATRIX-M24SR

Многообразие возможных антенных решений прекрасно иллюстрирует демонстрационный набор MATRIX-M24SR [8], состоящий из 10 разделяемых плат, каждая из которых содержит антенну и микросхему M24SR64-Y (рисунок 7).

MATRIX-M24SR позволяет разработчикам изучить особенности работы серии M24SRxxx, а также работу антенн различных типов. Основные возможности демонстрационного набора:

  • печатная плата, разделяющаяся на 10 независимых плат с антеннами и памятью, каждая из которых может быть подключена к микроконтроллеру по I2C;
  • M24SR64-Y поддерживает формат NDEF, благодаря чему к каждой из 10 EEPROM из набора возможен доступ с любого смартфона с поддержкой технологии NFC;
  • каждая из плат имеет I2C-интерфейс, выход активности радиоканала, развязывающие конденсаторы по питанию.
  • В наборе представлены следующие антенны (рисунок 7):
  • прямоугольные PCB-антенны
    • 45×75 мм;
    • 20×40 мм;
    • 14×13.5 мм, двухслойная;
    • 45×65 мм с защитой от статического электричества (DSILC6-4P6);
    • 31×30 мм, двухслойная;
  • антенна в виде SMD-индуктивности 4.7 мкГн;
  • две платы со свободными выводами для подключения пользовательской антенны;
  • металлическая тег-антенна;
  • 20 мм, круглая двухслойная.

Для дальнейшего использования в последующих разработках доступны Gerber-файлы печатных плат с антеннами.

Аналогичные антенные решения в виде демонстрационных плат представлены и для микросхем серии M24LRxxx (таблица 4) [7].

Таблица 4. Антенные демонстрационные наборы и отладочные платы микросхем серий M24LRxx, M24SRxx

Отладочный набор Описание Целевой продукт
ANT1-M24LR16E Печатная антенна 45х75 мм для M24LR16E-R M24LR16E-R
ANT10-M24LR16E Плата с антенной с защитой от статики для M24LR16E-R M24LR16E-R
ANT2-M24LR16E Печатная антенна 20х40 мм для M24LR16E-R M24LR16E-R
ANT3-M24LR04E Плата с антенной для M24LR04E-R в виде SMD-индуктивности M24LR04E-R
ANT7-M24LR16E Двуслойная печатная антенна 15х15 мм для M24LR16E-R Dual Interface EEPROM M24LR16E-R
FLEX-M24LR04E Печатная антенна 45х75 мм на гибкой основе для M24LR04E-R M24LR04E-R
MATRIX-M24SR Матрица со множеством антенн для M24SR M24SR04, M24SR16, M24SR64

 

Сэкономить время при расчете печатной антенны позволит онлайн-инструментарий eDesignSuite [9], доступный на сайте STMicroelectronics после регистрации.

Онлайн-инструментарий STMicro­electronics eDesignSuite Antenna Design [9] наглядно производит расчет печатных однослойных прямоугольных индуктивных антенн. Задаются следующие параметры: длина и ширина внешних сторон антенны, количество витков, ширина проводника, расстояние между витками, толщина проводника и подложки. В результате выдается внешний вид антенны и ее индуктивность на частоте 13.56 МГц (рисунок 8).

Рис. 8. Внешний вид eDesignSuite при работе с опцией Antenna Design – расчет антенн для RFID/NCF

Рис. 8. Внешний вид eDesignSuite при работе с опцией Antenna Design – расчет антенн для RFID/NCF

Считыватель CR95HF

NFC/RFID-приемопередатчик CR95HF поддерживает стандарты ISO 14443A/B, ISO 15693, NFC (ISO/IEC 18092) [10, 11].

Трансивер CR95HF работает под управлением внешнего хост-контроллера (рисунок 9). Взаимодействие с ним осуществляется посредством SPI- или UART-интерфейса. Предлагаемая STMicroelectronics специализированная библиотека, доступная в версиях для 8- и 32-битных контроллеров STM, делает работу с трансивером практически прозрачной для программиста.

Рис. 9. Типовая структура RFID-считывателя на базе CR95HF

Рис. 9. Типовая структура RFID-считывателя на базе CR95HF

В состав библиотеки входит три уровня:

  • нижний уровень – CR95HF LL, содержащий низкоуровневые команды для непосредственного управления трансивером CR95HF;
  • средний уровень – уровень протоколов, отвечающий за поддержку и выполнение протокола стандарта ISO/IEC FCD 15693-3;
  • верхний уровень – уровень взаимодействия с микросхемами памяти, содержащий команды управления памятью семейств M24LRxxx и LRIxxx.

Для знакомства с работой CR95HF доступны отладочные платы PLUG-CR95HF-B, а также наборы M24LR-DISCOVERY и M24SR-DISCOVERY [7, 11].

Рис. 10. Внешний вид оценочной платы PLUG-CR95HF-B

Рис. 10. Внешний вид оценочной платы PLUG-CR95HF-B

PLUG-CR95HF-B (рисунок 10) является примером готового NFC/RDIF-трансивера и представляет собой плату с CR95HF и необходимыми пассивными компонентами и индуктивной печатной антенной 47х34 мм. Плата подключается к любому микроконтроллеру по SPI- или UART-интерфейсу.

Основные различия линеек M24SR и M24LR

И, наконец, детально рассмотрев линейки памяти M24LR и M24SR, прежде, чем приступать к разработке, необходимо запомнить главные отличия между этими линейками (рисунок 11). Самое главное, что нужно запомнить — M24SR имеет большую скорость и меньшее расстояние обмена данными, в отличие от M24LR. В свою очередь, память M24LR характеризуется меньшим энергопотреблением. Немаловажный момент: M24LR имеет специальный вывод Vout, который способен выдавать напряжение, которым можно запитывать остальную схему, например микроконтроллер. У M24SR такой возможности нет.

Рис. 11. Различия памяти M24LR и M24SR

Рис. 11. Различия памяти M24LR и M24SR

Заключение

Серии двухпортовой памяти M24LRxxx и M24SRxxx позволяют реализовывать широкий спектр приложений, используя возможности беспроводного и I2C-интерфейса. Малое потребление серий двухпортовых EEPROM продлевает срок службы устройств с автономным питанием, вплоть до активного управления их питанием – даже в режиме записи выходного тока с порта микроконтроллера достаточно для работы EEPROM.

Серии M24LRxx-E с функцией Energy Harvesting позволяют получить доступ к данным даже при отсутствии основного питания.

Поддержка формата данных NDEF в сериях M24SRxxx позволяет работать с EEPROM напрямую с любого пользовательского устройства, поддерживающего NFC.

Двухпортовая память с успехом может быть применена в устройствах учета потребления ресурсов. Все необходимые для этого возможности у EEPROM M24LRxxx и M24SRxxx есть – низкое энергопотребление, поддержка работы с пользовательскими NFC-устройствами, защита данных и возможность разграничения доступа.

Литература

  1. Рынок NFC в России и в мире
  2. Наталья Ульянова. «Связь ближнего действия»: обзор российских проектов
  3. Н.Елисеев. Технология NFC – возможности и применения. Электроника НТБ №6/2011
  4. NFC/RFID Memories and Transceivers
  5. M24SR-DISCOVERY Discovery kit for the M24SR series – Dynamic NFC/RFID tag
  6. M24LR-DISCOVERY Discovery kit for M24LR04E Dual Interface EEPROM with energy harvesting
  7. Memory IC Eval Boards
  8. MATRIX-M24SR Matrix of multiple antenna for M24SR
  9. eDesighSuite
  10. CR95HFNFC Reader IC
  11. PLUG-CR95HF-BDevelopment board for CR95HF

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

ST_NFC_RFID_NE_07_14_opt
•••

Наши информационные каналы

О компании STMicroelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее