NXP NTAG I2C plus：解鎖NFC連接新可能

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，NFC技術(shù)憑借其便捷性和高效性，在眾多應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。NXP推出的NTAG I2C plus系列產(chǎn)品，作為連接NFC標(biāo)簽的佼佼者，為家庭自動(dòng)化和消費(fèi)類應(yīng)用帶來了全新的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

NTAG I2C plus是NXP第二代連接NFC標(biāo)簽，它將無源NFC接口與接觸式I2C接口完美結(jié)合。該系列產(chǎn)品不僅與第一代NTAG I2C產(chǎn)品保持完全向后兼容，還新增了密碼保護(hù)、雙接口全內(nèi)存訪問配置以及防克隆的原創(chuàng)性簽名等高級功能。其第二代技術(shù)提供了四倍的直通性能和能量收集能力，同時(shí)針對入門級NFC應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，擁有最低的物料清單（BoM）成本。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

（一）關(guān)鍵特性

1. 互操作性：符合ISO/IEC 14443 Part 2和3標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)板通過NFC Forum Type 2 Tag認(rèn)證（認(rèn)證ID：58514），擁有唯一的7字節(jié)UID，支持GET_VERSION命令，方便識(shí)別芯片類型和支持的功能，輸入電容為50 pF。
2. 主機(jī)接口：作為I2C從機(jī)，具有可配置的場檢測引腳，基于開漏實(shí)現(xiàn)，用于信號NFC事件或同步直通數(shù)據(jù)傳輸。
3. 內(nèi)存管理：配備2k字節(jié)的EEPROM和64字節(jié)的SRAM緩沖區(qū)，支持NFC和I2C接口之間的數(shù)據(jù)傳輸，具有內(nèi)存鏡像或直通模式，確保NFC和I2C內(nèi)存訪問的清晰仲裁。
4. 數(shù)據(jù)傳輸：支持64字節(jié)SRAM緩沖區(qū)的直通模式，以及FAST_WRITE和FAST_READ NFC命令，提高數(shù)據(jù)吞吐量。
5. 安全與內(nèi)存訪問管理：可基于32位密碼實(shí)現(xiàn)NFC和I2C接口的全、只讀或無內(nèi)存訪問，具備NFC靜音功能，可禁用NFC接口，采用橢圓曲線密碼學(xué)（ECC）的原創(chuàng)性簽名，實(shí)現(xiàn)簡單、可靠的身份驗(yàn)證。
6. 電源管理：可配置場檢測輸出信號，用于數(shù)據(jù)傳輸同步和設(shè)備喚醒，支持從NFC場收集能量，為外部設(shè)備（如連接的微控制器）供電。
7. 工業(yè)要求：工作溫度范圍為 -40°C至105°C，滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。

（二）關(guān)鍵優(yōu)勢

1. 高度互操作性：與所有支持NFC的設(shè)備完全兼容，通過NFC和I2C接口實(shí)現(xiàn)超快速數(shù)據(jù)交換（高達(dá)40 kbit/s），為用戶帶來流暢的使用體驗(yàn)。
2. 零功耗運(yùn)行：采用非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)零功耗運(yùn)行，同時(shí)能量收集功能可從NFC場提供高達(dá)15 mW的功率，為部分主機(jī)系統(tǒng)供電。
3. 數(shù)據(jù)保護(hù)：提供數(shù)據(jù)保護(hù)功能，防止未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)操作，確保數(shù)據(jù)安全。
4. 多應(yīng)用支持：憑借其內(nèi)存大小和分段選項(xiàng)，支持多種應(yīng)用場景。
5. 低成本解決方案：擁有最低的物料清單和最小的占位面積，為嵌入式電子設(shè)備中的NFC解決方案提供了經(jīng)濟(jì)高效的選擇。

三、應(yīng)用場景

NTAG I2C plus適用于多種NFC應(yīng)用場景，包括物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（家庭自動(dòng)化、智能家居等）、消費(fèi)類應(yīng)用的配對和配置、NFC配件（耳機(jī)、揚(yáng)聲器等）、可穿戴信息娛樂設(shè)備、健身設(shè)備、消費(fèi)電子、醫(yī)療保健、智能打印機(jī)、儀表和電子貨架標(biāo)簽等。

四、功能詳解

（一）NFC接口

NTAG I2C plus的無源NFC接口基于ISO/IEC 14443 - 3 Type A標(biāo)準(zhǔn)，需要由NFC場（如支持NFC的設(shè)備）供電，以接收命令并發(fā)送響應(yīng)。在數(shù)據(jù)通信中，每個(gè)幀開頭有一個(gè)起始位，每個(gè)字節(jié)末尾有一個(gè)奇校驗(yàn)位，多字節(jié)參數(shù)的最低有效字節(jié)先傳輸。為確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸，采用了16位CRC、奇偶校驗(yàn)位、位計(jì)數(shù)檢查、位編碼和通道監(jiān)控等機(jī)制。

（二）NFC狀態(tài)機(jī)

NTAG I2C plus的NFC狀態(tài)機(jī)包括IDLE、READY 1、READY 2、ACTIVE、AUTHENTICATED和HALT狀態(tài)。在不同狀態(tài)下，NFC設(shè)備通過發(fā)送相應(yīng)的命令來解析UID，并進(jìn)行身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)操作。例如，在READY 1狀態(tài)下，NFC設(shè)備解析UID的第一部分（3字節(jié)），在READY 2狀態(tài)下解析第二部分（4字節(jié)），最終進(jìn)入ACTIVE狀態(tài)執(zhí)行應(yīng)用相關(guān)命令。

（三）內(nèi)存組織

NTAG I2C plus的內(nèi)存包括EEPROM和SRAM。EEPROM存儲(chǔ)7字節(jié)UID、內(nèi)存鎖定條件、IC配置信息和用戶內(nèi)存，而SRAM是一個(gè)64字節(jié)的易失性內(nèi)存，用于頻繁更改的數(shù)據(jù)。內(nèi)存訪問從NFC和I2C接口有不同的組織方式，可通過密碼保護(hù)部分或全部內(nèi)存。

（四）可配置場檢測引腳

場檢測引腳基于開漏實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)NFC接口的活動(dòng)觸發(fā)外部設(shè)備或開關(guān)連接的電路。其功能由NFC場供電，無需VCC電源。通過配置FD_ON和FD_OFF條件，可以實(shí)現(xiàn)不同的場檢測功能，如檢測NFC場的存在、有效命令的開始或標(biāo)簽的選擇等。

（五）看門狗定時(shí)器

為避免I2C接口長時(shí)間鎖定內(nèi)存訪問，可通過編程看門狗定時(shí)器在一段時(shí)間的不活動(dòng)后解鎖I2C主機(jī)，使NFC設(shè)備能夠訪問標(biāo)簽。

（六）能量收集

NTAG I2C plus支持從NFC場收集能量，為外部低功率設(shè)備供電。在能量收集模式下，需要注意連接電容器的選擇、啟動(dòng)負(fù)載電流的限制以及I2C和場檢測總線的電源管理。

（七）密碼認(rèn)證

通過PWD_AUTH命令可以訪問受保護(hù)的內(nèi)存區(qū)域。AUTH0配置字節(jié)定義了受保護(hù)區(qū)域的起始頁，可通過NFC_PROT位配置保護(hù)級別。同時(shí)，可以通過設(shè)置AUTHLIM配置位限制密碼驗(yàn)證失敗的次數(shù)。

（八）原創(chuàng)性簽名

NTAG I2C plus采用橢圓曲線密碼學(xué)（ECC）的原創(chuàng)性簽名，可驗(yàn)證標(biāo)簽是否由NXP Semiconductors制造。每個(gè)UID都用NXP私鑰簽名，簽名存儲(chǔ)在標(biāo)簽內(nèi)存中，可通過READ_SIG命令檢索并驗(yàn)證。

五、I2C和NFC命令

（一）I2C命令

NTAG I2C plus支持I2C協(xié)議，包括起始條件、停止條件、軟復(fù)位和NFC靜音功能、確認(rèn)位（ACK）、數(shù)據(jù)輸入、尋址、READ和WRITE操作以及WRITE和READ寄存器操作等。在進(jìn)行I2C操作時(shí)，需要注意EEPROM編程時(shí)間和命令序列的原子性。

（二）NFC命令

NTAG I2C plus支持多種NFC命令，如Request、Wake - up、Anticollision、Select、Halt、GET_VERSION、READ、FAST_READ、WRITE、FAST_WRITE、SECTOR_SELECT、PWD_AUTH和READ_SIG等。每個(gè)命令都有特定的編碼和響應(yīng)時(shí)間要求。

六、通信與仲裁

當(dāng)NFC和I2C接口同時(shí)供電時(shí)，根據(jù)“先到先得”原則，只有一個(gè)接口可以訪問內(nèi)存。在非直通模式下，I2C接口和NFC接口的訪問受到相應(yīng)的鎖定位控制。在直通模式下，SRAM被鏡像到特定頁面，通過FAST_READ和FAST_WRITE命令可以實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。

七、注意事項(xiàng)

（一）限制值

需要注意產(chǎn)品的限制值，如存儲(chǔ)溫度、最大結(jié)溫、靜電放電電壓、電源電壓、輸入電壓和電流等，超過這些限制可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久損壞或影響可靠性。

（二）靜電放電

該設(shè)備對靜電放電（ESD）敏感，在處理時(shí)應(yīng)遵循相關(guān)的ESD防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，如ANSI/ESD S20.20、IEC/ST 61340 - 5、JESD625 - A等。

NXP NTAG I2C plus以其豐富的功能、高效的數(shù)據(jù)傳輸和可靠的安全性，為NFC應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用其特性，開發(fā)出更具創(chuàng)新性和競爭力的產(chǎn)品。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。