基于ST ST25R3916-AQWT的電動(dòng)車(chē)NFC讀卡方案
NFC簡(jiǎn)介
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202208/437637.htm近場(chǎng)通信(NFC)是一種用于提供短程無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù),在電子設(shè)備之間進(jìn)行雙向交互的連接。NFC是RFID(射頻識(shí)別)的一種風(fēng)格,但它還有一個(gè)特定的集合,確保nfc設(shè)備的互操作性的標(biāo)準(zhǔn)。NFC標(biāo)準(zhǔn)確定操作環(huán)境和數(shù)據(jù)格式、傳輸速率、調(diào)制等。
NFC在兩個(gè)NFC器件之間使用感應(yīng)耦合,并采用電磁方式工作,設(shè)備在13.56 MHz(無(wú)線(xiàn)電頻譜的高頻部分的一個(gè)無(wú)許可證分配)工作。一個(gè)NFC設(shè)備可以從另一個(gè)NFC設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)中吸取能量。這使一些NFC器件被免除電源和采取微小物體的形式,如標(biāo)簽,貼紙,鑰匙扣或卡片。
廣義NFC: Near Field Communication, 基于13.56MHz載波的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù), 廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、物流、身份證、金融卡等領(lǐng)域。
窄義NFC: NFC forum (www.nfc-forum.org) 定義的RF設(shè)備及應(yīng)用,適用于無(wú)線(xiàn)傳輸、數(shù)據(jù)交換、防偽、復(fù)雜無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的配對(duì)/ 組網(wǎng)(如藍(lán)牙配對(duì)/加入wifi網(wǎng)絡(luò))等領(lǐng)域。
NFC工作模式
· 讀寫(xiě)模式:
在讀/寫(xiě)模式下通信的NFC設(shè)備讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到一個(gè)NFC對(duì)象。然后,它可以根據(jù)從對(duì)象讀取的信息采取行動(dòng)。
· 卡模擬:
在這種模式下,NFC設(shè)備表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的非接觸智能卡。這允許它與現(xiàn)有的非接觸式智能卡基礎(chǔ)設(shè)施一起使用,用于諸如訪問(wèn)等操作控制,非接觸式支付,固件交換或數(shù)據(jù)傳輸。NFC設(shè)備模擬智能卡通常在無(wú)源NFC模式下工作,數(shù)據(jù)傳輸是安全的。
· P2P:
在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)模式中,支持nfc的設(shè)備以活動(dòng)模式運(yùn)行。其中的一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)通信鏈路。一旦建立了連接,設(shè)備就會(huì)與其中一個(gè)進(jìn)行對(duì)話(huà)。另一種選擇是應(yīng)用先聽(tīng)后說(shuō)的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,通信比其他通信方式更快,因此可以交換的數(shù)據(jù)量更大。
NFC標(biāo)準(zhǔn)
NFC論壇定義了四種NFC標(biāo)簽。另外的第五種類(lèi)型是與NFC- v技術(shù)相關(guān),尚未部分NFC論壇規(guī)范。
NFC的工作原理
1. 讀卡器天線(xiàn)產(chǎn)生電磁場(chǎng)為標(biāo)簽提供能量。
2. 通信由讀卡器發(fā)起,調(diào)制載波向標(biāo)簽發(fā)送命令。
3. 標(biāo)簽通過(guò)反向散射(backscattering)響應(yīng)讀卡器的命令。
磁場(chǎng)的產(chǎn)生與分布
NFC能量的傳遞與捕獲:變化的電流通過(guò)讀卡器天線(xiàn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng);處于變化磁場(chǎng)中的標(biāo)簽天線(xiàn)兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓, 為標(biāo)簽供電。
讀卡器發(fā)起的Request:
1、讀卡器控制輸出電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),調(diào)制request。
2、標(biāo)簽天線(xiàn)捕獲感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào),解調(diào)request。
標(biāo)簽響應(yīng)讀卡器的Response:
· 通過(guò)改變芯片內(nèi)部阻抗,標(biāo)簽調(diào)制流入標(biāo)簽天線(xiàn)的電流而改變磁場(chǎng),形成反向散射 (backscattering)。
· 讀卡器芯片檢測(cè)到讀卡器天線(xiàn)感應(yīng)電壓的變化,從中解碼標(biāo)簽的Response。
示波器波形:
方案方塊圖
讀卡器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程
第 1 步. 定義 NFC 設(shè)備參數(shù) · 目標(biāo)產(chǎn)品 : POS 機(jī)( 95HF 系列不適 EMVCo 認(rèn)證應(yīng)用),通用 NFC 讀卡器等 · 合理的近場(chǎng)通信距離需求 (通常<10cm) · 有效的讀卡器天線(xiàn)尺寸與形狀 · NFC 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu) (讀卡器或標(biāo)簽天線(xiàn)附近是否有金屬屏蔽,如 PCB 覆銅,鋰電池,金屬外殼等) · 讀寫(xiě)標(biāo)簽的類(lèi)型 (ISO15693, ISO14443, ISO18092, Felica 等) · 工作模式( Reader 模式, Card Emulation 模式, P2P 模式) · 讀寫(xiě)標(biāo)簽的尺寸形狀 · 其他需求(如標(biāo)簽?zāi)芰總鬏敼δ?,多卡操作?
第 2 步. 采用 ST reader ( ST25R3916-DISCO或ST25R3916-EMVCO)評(píng)估要操作的 NFC 標(biāo)簽/卡片 通信距離,搭建產(chǎn)品原型。
第 3 步. 讀卡器天線(xiàn)設(shè)計(jì), 單面 PCB 天線(xiàn)在線(xiàn)設(shè)計(jì)工具 eDesignSuite
鏈接:https://eds.st.com/antenna/#/
第 4 步. RF 電路部分原理圖與 PCB layout 設(shè)計(jì),請(qǐng)參考 Nucelo 擴(kuò)展板(X-NUCLEO-NFC06A1),詳見(jiàn)附件。
第 5 步. PCB 加工。
第 6 步. 基于 ST 阻抗匹配工具和網(wǎng)絡(luò)分析儀 VNA (或阻抗分析儀)調(diào)整射頻電路阻抗匹配,匹配工具如下:
下載鏈接:
https://my.st.com/content/my_st_com/en/products/embedded-software/st25-nfc-rfid-software/stsw-st25r004.license=1595227079645.product=STSW-ST25R004.version=3.1.0.html
第 7 步. 系統(tǒng)集成、 MCU 固件/協(xié)議開(kāi)發(fā)。 請(qǐng)根據(jù)所開(kāi)發(fā)的讀卡器是否連接 PC 來(lái)選擇參考 Discovery 板或 Nucleo 擴(kuò)展板源代碼。
參考軟件包鏈接:
https://www.st.com/content/st_com/en/products/ecosystems/stm32-open-development-environment/stm32-nucleo-expansion-boards/stm32-ode-connect-hw/x-nucleo-nfc06a1.html#tools-software
? 場(chǎng)景應(yīng)用圖
? 產(chǎn)品實(shí)體圖
? 展示版照片
? 方案方塊圖
? 核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)
? 動(dòng)態(tài)功率輸出(DPO)控制場(chǎng)強(qiáng)保持在給定的范圍內(nèi)
? 主動(dòng)波整形(AWS)減少過(guò)芽和欠芽
? 噪音抑制接收機(jī)允許在噪音環(huán)境下接收信號(hào)
? 通過(guò)可變電容自動(dòng)天線(xiàn)調(diào)諧(AAT)
? 集成EMVCo 3.0兼容EMD處理
? 自動(dòng)增益控制和壓制特性,最大限度地提高信噪比
? 低功率電容和感應(yīng)卡檢測(cè)
? 低功耗NFC有源和無(wú)源目標(biāo)模式
? 可調(diào)的問(wèn)調(diào)制深度,從5到40%
? 集成監(jiān)管機(jī)構(gòu),以提高系統(tǒng)PSRR
? AM/PM和I/Q解調(diào)器與基帶通道和或自動(dòng)通道選擇
? 可能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的單端天線(xiàn)
? 天線(xiàn)電壓振幅和相位的測(cè)量,RSSI,片上電源和調(diào)節(jié)電壓
? 方案規(guī)格
? 車(chē)載NFC讀卡器IC: ST25R3916
? 47毫米x 34毫米,四圈,13.56 MHz的電感天線(xiàn)蝕刻在PCB和相關(guān)調(diào)諧電路上
? ISO 18092被動(dòng)和主動(dòng)發(fā)起者,ISO 18092被動(dòng)和主動(dòng)目標(biāo)
? NFC-A和nfc卡仿真
? ISO 14443A和ISO14443B
? ISO 15693
? 差動(dòng)天線(xiàn)輸出功率可達(dá)1.7 W
? 在單端配置中驅(qū)動(dòng)兩個(gè)天線(xiàn)的可能性
? 感應(yīng)喚醒和電容喚醒
? 天線(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)
評(píng)論