NFC的架構(gòu)與規(guī)范

近年來由于手機的功能與普及度快速的成長，使早期的電子錢包有了推廣的機會點。NFC的演進取自于RFID的特定頻段，由于手機的市場應(yīng)用使的NFC可在較快的時間點取得標(biāo)準接口與平臺，本文將針對NFC的架構(gòu)與規(guī)范做討論。

　　NFC應(yīng)用

　　電子付費系統(tǒng)中，目前應(yīng)用于手機系統(tǒng)上最完整的解決方案是以NFC(near field communication)為主，市場上也已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品流通著，如NOKIA3220、Samsung SGH-X700、VISA WAVE及臺北捷運優(yōu)游卡等，皆是兼容于NFC系統(tǒng)。除了個人識別與電子付費系統(tǒng)外，NFC也在數(shù)據(jù)傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，例如：電子海報的數(shù)據(jù)下載(包括入場卷、會展信息)。此外，NFC還可以作為藍牙設(shè)備配對及輸入密碼的簡化功能，若是使用者具有負載NFC的藍牙設(shè)備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍牙設(shè)備，如此即可不需要透過藍牙搜尋及輸入密碼的配對過程即可快速連結(jié)。目前韓國、中國及歐美已經(jīng)在電信業(yè)者、芯片商與手機制造商的合作下于公交付費系統(tǒng)中進行多次的驗證，預(yù)期NFC將有快速的成長。

　　NFC架構(gòu)

　　NFC的操作頻率為13.56MHz，而操作距離約為10cm之內(nèi);而NFC的規(guī)范制定取至于RFID 13.56MHz的頻段，早期運用此頻段包括Philips MiFARE(ISO 1443A)、ISO 1443B、ISO15693、ISO18000-3及Sony Felica。由于非接觸卡應(yīng)用于個人數(shù)據(jù)識別或電子付費系統(tǒng)中強調(diào)于安全機制，而近乎于貼近卡片閱讀器系統(tǒng)的近場通信及是將13.56MHz中短距系統(tǒng)的部分加以整合，所以最后市場上所見的即為Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica，早期這兩家系統(tǒng)各自發(fā)展互不兼容，直到近年才將兩種規(guī)格合并并制定了NFC規(guī)范ECMA340/ISO18092(NFCIP1，NFC Interface and protocol 1)。此規(guī)范相容于現(xiàn)有Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica。

　　NFC工作頻率為13.56MHz、ASK調(diào)變，傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種，通信模式可分為主動模式與被動模式，主動模式是指發(fā)起設(shè)備(initiator)與目標(biāo)設(shè)備(target)皆可自身電源供應(yīng)產(chǎn)生RF field，而被動模式下則是發(fā)起設(shè)備自身供應(yīng)電源產(chǎn)生RF field;而目標(biāo)設(shè)備則利用全波整流線路將發(fā)起端的RF field之能量轉(zhuǎn)換為DC來供應(yīng)自己的電源。值得一提的是，在被動模式下為了要滿足省電的要求所以采用了負載調(diào)變(Load modulation)的方式，此調(diào)變方式可以達到省電的效果。

　　在使用上因為NFC的使用通常會遇到使用尖峰時期，會了避免不同的發(fā)起端或目標(biāo)端同時溝通造成數(shù)據(jù)鏈路錯誤，所以NFC采用了一種機制listen before talk。此機制會讓當(dāng)發(fā)起端設(shè)備要發(fā)出詢問信號前，先偵測外界磁場強度來判斷是否有其它的設(shè)備正在溝通中，這種機制的實現(xiàn)稱為RF Collision Avoidance (RFCA)，其動作行為是在每次發(fā)起端發(fā)出詢問信號時會偵測外界磁場，當(dāng)磁場強度超過門坎強度時(Hthreshold=0.1875A/m)則會停止詢問，直至外界強度降至門坎值以下。若是低于臨界值才會開始發(fā)出詢問指令，偵測的時間為TIDT+nTRFW，n為0～3的機率取樣：TRFW=512/fc(RF waiting time)，TIDT>4096/fc(initial delay time)。當(dāng)發(fā)起設(shè)備在TIDT+nTRFW內(nèi)沒有偵測到超過門坎強度的磁場，則會先發(fā)射TIRFG的未調(diào)變RF field之后再發(fā)出詢問信號，其中TIRFG必須大于5ms。

　　NFC規(guī)范調(diào)變

　　在此將針對NFC RF interface做敘述，首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩種標(biāo)準，EMCA340中敘述NFC相關(guān)協(xié)議，這里先引入數(shù)據(jù)封標(biāo)作討論，NFC數(shù)據(jù)分包分為兩種類型，一為106kpbs、一為212/424kbps。

　　由于NFC 106kbps為100% ASK調(diào)變，所以對整個High/Low信號的封包結(jié)構(gòu)都有相當(dāng)詳細的定義。其中幾個參數(shù)包括從100%下降到5% Am時間(t1)、5% Am持續(xù)時間(t2)、Am由5%上升至60%時間(t4)即overshoot 的范圍。而212/424kbps則是8%～30%的調(diào)變率。

　　RF測試kit

　　1. Calibration coil：coil的功能在于驗證測試過程中，待測物所發(fā)射出的信號是否為正確的強度與調(diào)變。此Coil為一簡單的天線架構(gòu)，當(dāng)然EMCA也詳細的規(guī)定了所有的尺寸，由此coil所測出的值為0.32V (RMS)=1A/m(磁場強度)。

　　2. Field Generating Antenna：kit用于磁場的發(fā)射，圖中還包含了一組天線匹配線路。

　　3. Sense coil：sense coil用于量測待測物的磁場強度與調(diào)變。

　　4. Reference device：reference device用于測試DUT的標(biāo)準件。