基于M24SR64的雙接口NFC電子標簽設計

彭銳波

摘 要：傳統的RFID/NFC電子標簽技術已經很成熟，使用廣泛，但普遍容量較低，不適合用于一些對數據儲存量要求較大的應用場合，如環境監測數據和星歷數據的裝訂等。M24SR64是意法半導體推出的新一代NFC電子標簽芯片，文章通過研究該芯片的參數特性，設計一款大容量多用途RFID/NFC電子標簽。

關鍵詞：NFC；標簽；RFID

引言

NFC（Near Field Communication）近場通信技術一種是由無線射頻識別（RFID）及互聯互通技術整合演變而來的技術，是由索尼、飛利浦和諾基亞共同制定標準和研發的一種通信方式，NFC技術將電磁耦合式感應卡片和點對點等功能整合于單一的芯片上，能在10cm的距離內與兼容設備進行雙向半雙工的數據交換。NFC的工作頻率為13.56MHz，數據傳輸速度有106kbit/秒、212kbit/秒、424kbit/秒以及848kbit/秒四種，NFC技術可用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數據，應用非常廣泛。

1 基于M24SR64的大容量NFC電子標簽設計

M24SR64是意法半導體推出的動態NFC/RFID標簽集成電路，具有64-Kbit EEPROM，具有雙接口，可通過I2C接口或13.56MHz RFID讀卡器或NFC電話對其進行操作。I2C接口使用二線串行接口，包括雙向數據線和時鐘線。它在I2C協議中表現為從設備。RF協議與ISO/IEC 14443 A類和NFC論壇4類標簽兼容，使用106kbit/秒數據傳輸速度，支持NFC數據交換格式（NDEF）和128位密碼保護安全機制，具有7字節唯一標識符（UID），數據保存期限長達200年，EEPROM存儲區的數據能擦寫一百萬次。該芯片提供三種封裝選擇SO8、TSSOP8、UFDFPN8。

正是由于M24SR64上述優勢，此芯片非常適合用于設計低成本的大容量雙接口NFC標簽，經過選型和設計，選用UFDFPN8這種封裝作為設計的RF芯片，芯片尺寸僅為2mm×3mm。因為需要通過I2C讀取M24SR64的內部數據并上傳給上傳給上位機，所以該設計需要配備一個單片機作為主控芯片，經過選型，選用封裝為UFQFPN28的STM32F031G4作為主控芯片，成本低，性能高，而且其大小僅為4mm×4mm。

該設計的電路主要包括：電源管理電路、單片機電路、M24SR64外圍電路及天線。在使用I2C接口時，電源管理芯片將外部輸入的5V電壓轉換為3.3V，供單片機、RS232芯片及M24SR64使用，在收到上位機相關指令時將從M24SR64的EEPROM中讀取指定區域的數據，并且通過RS232上傳給上位機使用，或者是把上位機通過RS232發送下來的數據寫進M24SR64的EEPROM的指定區域中。

作為RFID/NFC標簽使用時，不需要額外的電源供電，標簽通過天線與RFID/NFC讀寫設備進行電磁耦合獲取能量激活并且工作，RFID/NFC讀寫設備能對標簽內部的64Kbit的儲存空間進行數據的讀取或寫入的操作。由M24SR64的官方手冊得知其內部的天線調諧電容為25pF，工作頻率為13.56MHz，通過LC諧振公式f=■計算得出標簽天線的電感值為5.5uH，同時由于M24SR64是基于ISO14443A協議進行RF通信的，其副載波頻率為847k，標簽數據的編碼格式為曼徹斯特編碼，對天線的帶寬要求為2MHz，根據Q=f/B，得出標簽天線的Q約為7，采用雙面線圈技術，由此設計出來的標簽天線大小為26×26mm。

2 雙接口NFC標簽的實物圖及性能

按照上述思路設計標簽，標簽采用羅杰斯高頻PCB板材，供電及RS232通信接口標準的2.54XH連接器，天線與主板采用1.0排針連接或者使用專用的饋線進行長距離連接，最終設計模塊如圖1所示，尺寸僅一枚一元硬幣大小。實測性能，作為RFID/NFC標簽使用時，使用基于NXP公司RC522的RFID讀寫模塊，讀取距離能達到5cm以上，寫入距離在3cm以上，連續寫入64Kbit數據的時間為7.73秒，連續讀出64Kbit數據的時間為5.86秒。作為I2C儲存器使用時，使用5V供電，連續寫入64Kbit數據的時間為3.35秒，連續讀出64Kbit數據的時間為1.86秒，而且電流僅為12mA。

3 結束語

由于使用了主控板與天線板分離設計的方式，天線板能配合特殊的鐵氧體吸波材料，將天線板放置到金屬材料上，通過專用的饋線連接主控板，從而成為抗金屬的RFID/NFC標簽，具有很廣泛的實用價值。此款雙接口NFC標簽非常適合應用到智能生產的項目上及集成到各種移動設備中作為數據裝訂使用，并且已經申請了國家專利，在后續的研究中會以進一步提升其性能為方向，使其應用范圍更加廣闊。