為何RFID加EEPROM等于更簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)沒有表現(xiàn)出短暫流行的跡象，預(yù)計(jì)十年內(nèi)將會(huì)有規(guī)律地出現(xiàn)越來越多相互聯(lián)接的事物。這不足為奇，因?yàn)槲覀儾粩嘞胂髮ふ依眉夹g(shù)去做事的新方法，并開發(fā)新舊技術(shù)的全新應(yīng)用。而每個(gè)新應(yīng)用都會(huì)向網(wǎng)絡(luò)添加許多端點(diǎn)，使IoT日益變大。

該趨勢(shì)從目前在使用的、在大部分RF頻譜中運(yùn)行的不同無線技術(shù)的激增可見一斑。它們大多包含在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)定義下的免授權(quán)頻段，通常僅排除可能歸為電信的應(yīng)用。

讓生活更舒適

涉及的大量IoT端點(diǎn)，即使不是數(shù)千億，也可能高達(dá)數(shù)百億，使調(diào)試和維護(hù)環(huán)節(jié)面臨著挑戰(zhàn)。假設(shè)我們不是為下一代創(chuàng)造了一個(gè)巨大的廢物管理問題，這些設(shè)備都將運(yùn)行多年，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要適當(dāng)?shù)乜紤]維護(hù)和維修。

使這一后勤問題復(fù)雜化的是許多IoT端點(diǎn)成本非常低，其所提供的維護(hù)水平可能不支持相對(duì)較高的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本?；A(chǔ)設(shè)施的成本也必須盡可能地降低，因此采用免授權(quán)的無線方案。

甚至相對(duì)較小的工廠也可能很快會(huì)有成千上萬的IoT端點(diǎn)，因此不難理解為什么網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為首選的局域網(wǎng)拓?fù)?。它支持遠(yuǎn)程監(jiān)視和維護(hù)每臺(tái)設(shè)備，還提供網(wǎng)絡(luò)中一定程度的冗余，因?yàn)榫W(wǎng)狀拓?fù)淠軌虺惺苣切┛赡苡蔁o線電干擾引起的重大中斷或某些端點(diǎn)的總故障。

IoT中另一種流行的拓?fù)?，尤其針?duì)位于遠(yuǎn)程區(qū)域的傳感器，是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）采用的星型網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先考慮范圍和低功耗而非有效載荷，通常支持非常短的傳輸而不是長(zhǎng)距離傳輸，可能僅限每天傳輸一次。因此，它們通常最適用于不受延遲影響的工作數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇幾乎將完全取決于應(yīng)用，盡管端點(diǎn)的財(cái)務(wù)成本可能相對(duì)較低，但其可能提供很重要的數(shù)據(jù)。一些分析師估計(jì)，LPWAN的價(jià)值將在短短幾年內(nèi)達(dá)500億美元，該數(shù)字基于設(shè)備及其提供的服務(wù)的總價(jià)值。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)端點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，幾乎不可避免地需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。如果不能通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程進(jìn)行，則需要出車維修，這需要維修工程師前往現(xiàn)場(chǎng)并盡可能快而高效地解決問題。

一旦到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，問題可能會(huì)增加，因?yàn)楹苡锌赡芏它c(diǎn)無法通過物理或電子方式訪問。即使端點(diǎn)易于訪問，工程師可能也很難弄清為何它無法正常工作，因?yàn)槎它c(diǎn)的設(shè)計(jì)可能基于單個(gè)系統(tǒng)單芯片（SoC）。目前的集成度使這種情況變得越來越普遍。

針對(duì)IoT的兩個(gè)‘E’

電子行業(yè)服務(wù)的所有領(lǐng)域都在本地存儲(chǔ)有關(guān)設(shè)備活動(dòng)的數(shù)據(jù)，這比物聯(lián)網(wǎng)存在的時(shí)間更久。利用非易失性存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù)已被確立為記錄關(guān)鍵系統(tǒng)信息的一種有效方案。存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可讓您深入地了解設(shè)備的運(yùn)行方式及其為何會(huì)停止工作。它們還被廣泛用于存儲(chǔ)功能參數(shù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及可能需要定期更新、在斷電時(shí)卻可保留的其他類型信息。

這種活動(dòng)對(duì)基本的存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生了巨大的壓力，因?yàn)樗髽O端的耐久性，且高于某些流行的存儲(chǔ)器（例如閃存）所提供的耐久性。因此，優(yōu)選的技術(shù)是EEPROM。

在某些應(yīng)用中，在正常工作期間連續(xù)寫入EEPROM并不少見，這推動(dòng)了對(duì)可承受數(shù)百萬次讀寫周期而不會(huì)出現(xiàn)故障的存儲(chǔ)技術(shù)的需求。這不包括可能僅能支持100,000個(gè)周期或更少的編程和擦除持久性的其他類型的存儲(chǔ)器。

現(xiàn)在，通過在單個(gè)器件中集成EEPROM存儲(chǔ)和RFID聯(lián)接，即使出現(xiàn)電源故障或完全斷電的情況，工程師也可以通過設(shè)計(jì)IoT端點(diǎn)，使其存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)并與服務(wù)工程師通信。這呈現(xiàn)了服務(wù)和維護(hù)的全新范例，并且完全適用于IoT（見圖1）。

圖1：將支持RFID的EEPROM添加到IoT端點(diǎn)，將為幾十億臺(tái)設(shè)備的調(diào)試、維修和維護(hù)提供一個(gè)新的維度

也許更重要的是，所討論的方案將無線聯(lián)接的操作距離從不到10厘米（這是無源RFID的典型值）擴(kuò)展達(dá)150厘米。這確切地將無源RFID在IoT中的應(yīng)用提高到新的維度。即使系統(tǒng)沒有上電，也能使用RFID在1.5m的距離上讀寫數(shù)據(jù)到EEPROM，將幫助工程師在部署現(xiàn)場(chǎng)之后，更經(jīng)濟(jì)高效地調(diào)試、維護(hù)、維修和修復(fù)端點(diǎn)。

獨(dú)特的方案

安森美半導(dǎo)體開發(fā)的N24RF系列RF EEPROM集成了一個(gè)符合ISO 15693 / ISO 18000-3 Mode 1標(biāo)準(zhǔn)的RF收發(fā)器，以及4、16或64 kbit的EEPROM存儲(chǔ)器，采用8引腳SOIC或TSSOP封裝。它提供200萬次編程、擦除周期，具有200年的數(shù)據(jù)保留能力，且可在-40至+ 105°C的溫度范圍內(nèi)工作。

該器件使用無源RFID，因此不依賴外部電源。取而代之的是，它的所有電力都在連接到一個(gè)外部線圈天線時(shí)獲得。該器件被歸類為高頻（HF）RFID，在13.56 MHz的載波頻率下運(yùn)行，使其能夠以低速（1.65 kbit / s）和高速（26.48 kbit / s）與RFID讀卡器進(jìn)行通信，最高可達(dá)53 kbit / s的快速指令。它是無源RFID實(shí)施的獨(dú)特方法，可在1.5m的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

即使電路的其余部分?jǐn)嚯娀虺霈F(xiàn)故障，使用無源RFID也可以詢問IoT端點(diǎn)以恢復(fù)故障后的重要數(shù)據(jù)記錄。它還支持空中更新（OTA）校準(zhǔn)或操作參數(shù)，同時(shí)端點(diǎn)仍在運(yùn)行。芯片間通信使用I²C總線實(shí)施，主機(jī)處理器在正常操作期間能從該器件讀取和寫入，從而使校準(zhǔn)或操作參數(shù)能在現(xiàn)場(chǎng)更新而不中斷服務(wù)。

N24RFxx器件使用Reader Talks First（RTF）技術(shù)，當(dāng)通過感應(yīng)耦合施加電磁場(chǎng)時(shí)，該器件將被喚醒。它提供更廣的范圍，意味著工程師能夠查詢可能難以接近的IoT端點(diǎn)例如燈具，僅需使用位于該燈具下方的RFID讀卡器就可實(shí)現(xiàn)。

安全特性包括64位唯一標(biāo)識(shí)符（UID），以及支持多個(gè)32位密碼，并具有針對(duì)不同存儲(chǔ)扇區(qū)的鎖定功能。（在選定的器件中）另一個(gè)特性是電壓輸出引腳，可提供足夠的電能以支持單獨(dú)的超低功耗微控制器。

總結(jié)

在許多需要高耐久性和經(jīng)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)保留應(yīng)用中，EEPROM廣泛用于數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)存儲(chǔ)。通過添加RFID功能，可在1.5米的距離無線、安全地訪問相同的數(shù)據(jù)，從而為IoT端點(diǎn)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的維度。