實現(xiàn)非接觸資訊交換NFC射頻測試扮要角
近距離無線通訊(NFC)將現(xiàn)有的非接觸式辨識技術與互聯(lián)互通技術相結合并加以發(fā)展,由索尼(Sony)與恩智浦半導體(NXP)(前身為Philips)共同研發(fā)。NFC可廣泛用于各種資訊交換,例如電話號碼、圖像、MP3檔、數(shù)字式授權、電子錢包、廣告資訊、產(chǎn)品資訊等。這種資訊交換可在兩個具有NFC功能的電子設備(如手機)之間進行,抑或于具有NFC功能的手機和與其相容并位于近距離內(nèi)的無線射頻辨識系統(tǒng)(RFID)晶片卡或讀取器之間完成。NFC被用作控制獲取資訊的密鑰以及諸如電子收費、通行證、訪問控制以及各種數(shù)據(jù)交換等服務,將可以徹底改變?nèi)藗兊纳钅J脚c習慣。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201807/383556.htmNFC應用包羅萬象
NFC工作在以13.56MHz為中心的頻段,并在約10公分范圍內(nèi)提供速率達424kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。與工作在該頻段的傳統(tǒng)式非接觸式技術(只有主動被動式通訊)不同,具有NFC功能的電子設備之間的通訊可以是主動主動式(端對端技術),也可以是主動被動式。因此,NFC意味著一個在RFID網(wǎng)域的連接。此外,NFC與被廣泛使用的智能卡基礎架構向后兼容,如基于ISO/IEC 14443 A(像NXP的MIFARE技術)和ISO/IEC 14443 B的架構,同時也與Sony的FeliCa卡(JIS X 6319-4)相容。實現(xiàn)NFC設備之間的資訊交換,在標準ECMA-340及ISO/IEC 18092中制定了新的通訊協(xié)議。NFC論壇于2004年由NXP、Sony及諾基亞(Nokia)共同創(chuàng)辦,并藉此協(xié)調(diào)和促進NFC技術的發(fā)展。NFC論壇還制定保證各種NFC設備及服務之間互聯(lián)互通的技術規(guī)范。所有上述的標準(ISO/IEC 14443 A、B、ISO/IEC 18092以及JIS X 6319-4/FeliCa)都被涵蓋在內(nèi),并自2010年12月起,NFC論壇為NFC設備的兼容性提供證明。
為確保手機與不同廠家的RFID晶片卡之間的互聯(lián)互操作性,須要對各種NFC設備進行協(xié)議及射頻測試。其中射頻測試主要包括測量有關時間方面的參數(shù)、載頻與查詢模式下的訊號強度和接收靈敏度、負載調(diào)變參數(shù)(收聽訊號的強度)等。
簡易性廣泛應用
在前面已提及一些NFC應用。其中最顯著特點是使用的簡易性:只須簡單接觸或靠近具有NFC功能的設備,便可啟動所需的服務。以下是一些典型的應用。
.行動式付費
用NFC手機購票或付計程車費用,以及在非接觸式售貨點用NFC手機付費,或?qū)⑹論?jù)存入NFC手機。
.權限及訪問控制
將電子密鑰權限證明資訊存入NFC手機、訪問保密機構、登錄保密電腦、開車門、設置居家辦公室。
.數(shù)據(jù)傳輸與交換
在各種NFC設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸(端對端數(shù)據(jù)交換)如在NFC手機、數(shù)字相機、筆記本電腦間交換名片;把相機靠近打印機并印出照片。
.啟動其他服務
例如為數(shù)據(jù)傳輸啟動其他通訊連接、設置藍牙(Bluetooth)及無線局域網(wǎng)絡(WLAN)連接。
.讀取資訊
將智能型廣告中的時間表、地圖存入NFC手機,或者位置存入NFC手機,如停車位置。
.購票
把各種票券存入NFC手機,如電影,音樂會,體育比賽等等。
NFC數(shù)據(jù)傳播原理
與RFID標準14443及FeliCa相似,NFC使用感應耦合,類似變壓器的原理,如圖1所示,NFC利用兩個導電線圈的磁場以耦合查詢設備(激勵設備)與收聽設備(目標設備)。
圖1 查詢設備(激勵設備)與收聽設備(目標設備)之結構配置
NFC工作頻率是13.56MHz,傳輸速率106kbit/s(部分地可達到212kbit/s甚至424kbit/s)。調(diào)變方式為不同調(diào)變深度的OOK(100%或10%)及二進位相移鍵控(BPSK)。
查詢設備的功率與數(shù)據(jù)傳輸
被動系統(tǒng)(如處于被動卡仿真模式下的NFC手機)進行傳輸時,其藉以查詢設備的13.56MHz載波訊號作為驅(qū)動能源。查詢設備的調(diào)變方式為ASK。在NFC端對端模式下,雙方都處于查詢狀態(tài),其訊號都被加以調(diào)變及編碼。此時,所需功率相對減少,因為每個NFC設備都有各自的能源供給,并且傳輸結束后載波訊號自動停止發(fā)射。
收聽設備數(shù)據(jù)傳輸
由于查詢設備與收聽設備的線圈之間的耦合,被動的收聽設備同樣作用于主動的查詢設備。收聽設備的阻抗變化,直接會影響查詢設備天線端電壓幅度或相位變化,而查詢設備可檢測此變化,這就是負載調(diào)變技術。使用848kHz輔助載波的負載調(diào)變用于收聽模式(如ISO/IEC 14443),其中輔助載波由基帶訊號加以調(diào)變,并以此改變收聽設備的阻抗。圖2顯示負載調(diào)變的頻譜。調(diào)變方式為ASK(如ISO/IEC 14443 A PICC)或BPSK(如14443 B PICC)。此外,還有第三種被動模式,它與FeliCa兼容,其負載調(diào)變不使用輔助載波,而為直接作用于13.56MHz載波的ASK調(diào)變。
圖2 基于13.56MHz載波并使用848kHz輔助載波的負載調(diào)變,而圖中的三角形表示載波及輔助載波的調(diào)變頻譜(由于NFC使用時分多路通訊,三組譜線并不同時出現(xiàn))
調(diào)變方式與編碼
如圖3~5所示,其調(diào)變方式為不同調(diào)變深度的OOK(100%或10%)及BPSK(如ISO/IEC 14443 B PICC)。
圖3 100%調(diào)變深度的ASK
圖4 10%調(diào)變深度的ASK
圖5 BPSK調(diào)變
如圖6所示,NFC使用NRZ-L、變形米勒(Modified Miller)以及Manchester編碼。NRZ-L編碼的一個位若是高電位即代表邏輯1,低電位則代表邏輯0。曼徹斯特(Manchester)編碼將每一個位分成兩段,邏輯1的前半段為高電位,后半段為低電位。邏輯0的前半段為低電位,后半段為高電位。
圖6 NFC使用三種編碼中的一種:NRZ-L、Modified Miller或Manchester(請參見表1和表2)
Modified Miller編碼也將每一個位分成兩段,邏輯1后半段的起始有一個低電位脈沖,而邏輯0以一個低電位脈沖開始。其中的例外是,當邏輯1之后為邏輯0時,不出現(xiàn)邏輯0的低電位脈沖,訊號保持為高電位。
圖7顯示使用ASK調(diào)變及Manchester編碼的負載調(diào)變(如處于被動卡仿真模式下的14443 A PICC或NFC-A設備)。
圖7 使用輔助載波的負載調(diào)變在時域及頻域的圖示
NFC標準/標簽類型多樣
以下將進一步針對NFC標準的演進以及其主要的工作模式、標簽類型進行更詳細的說明。
NFC標準的沿革
三大標準ISO/IEC 14443 A,ISO/IEC 14443 B以及JIS X 6319-4皆屬于RFID標準,由不同公司(NXP、Infineon及Sony)提出。第一個射頻NFC標準是ECMA 340,并基于ISO/IEC 14443 A與JIS X 6319-4的空中接口。之后,ECMA 340被編入標準ISO/IEC 18092。與此同時,信用卡的主要發(fā)卡公司(Europay、Mastercard、Visa)也開始推廣基于ISO/IEC 14443 A與ISO/IEC 14443 B的付費標準EMVCo。在NFC論壇上,兩大群體將空中接口一致化,并分別命名為NFC-A(基于ISO/IEC 14443 A)、NFC-B(基于ISO/IEC 14443 B)以及NFC-F(基于FeliCa)。圖8和圖9分別顯示了NFC射頻與協(xié)議標準以及測試規(guī)范的沿革過程。
圖8 NFC射頻標準的沿革
圖9 NFC協(xié)議標準的沿革
調(diào)變與編碼工作模式
如圖10所示,NFC有三種主要的工作模式,一為被動卡仿真模式(被動模式),這時NFC設備就如同與現(xiàn)存標準相容的非接觸式卡片。其二為端對端模式,兩個NFC設備進行資訊交換。與讀寫模式相比,激勵設備(查詢設備)所需功率相對減少,因為目標設備(收聽設備)也有自己的能源供給。最后是讀寫模式(主動模式),NFC設備處于主動狀態(tài),對現(xiàn)存的被動式RFID標簽進行讀寫。
圖10 NFC的工作模式
上述的每一種模式都可以與下面的任意一種傳輸技術相互結合:NFC-A(與ISO/IEC 14443 A)向后兼容、NFC-B(與ISO/IEC 14443 B)向后兼容、NFC-F(與JIS X 6319-4)向后兼容。為支持所有各種不同技術,如圖11顯示,處于查詢模式下的NFC設備首先用相應的請求訊號試探NFC-A,NFC-B以及NFC-F標簽的反應。當從相容設備得到反應后,NFC設備便依照標準建立通訊模式(NFC-A,NFC-B抑或NFC-F模式)。依照通訊模式(主動或被動)、傳輸技術(NFC-A,-B,-F)以及傳輸速率(比特率)的不同,進行相應的編碼與調(diào)變。
圖11 查詢模式下辨識過程之流程圖(主要流程)
表1列出對應于NFC-A、-B和-F傳輸技術的編碼,以及調(diào)變和數(shù)據(jù)速率
NFC標簽分四種類型
NFC標簽是被動設備,可用于與NFC主動設備進行通訊。NFC標簽主要用于廣告,以及用于存儲數(shù)量不大的資訊并將資訊傳送給NFC主動設備等領域。依照不同的格式和容量,NFC標簽被分為四種基本類型并以類型1~4命名(表2)。其格式分別基于ISO 14443的類型A與B以及Sony的FeliCa。
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