探索M24SR64-Y：動態(tài)NFC/RFID標簽IC的技術剖析

引言

在當今的電子技術領域，NFC/RFID技術的應用越來越廣泛，從移動支付到智能門禁，無處不在。M24SR64-Y作為一款動態(tài)NFC/RFID標簽IC，以其獨特的特性和強大的功能，在眾多同類產品中脫穎而出。本文將深入剖析M24SR64-Y的各項技術細節(jié)，為電子工程師們在設計相關產品時提供有價值的參考。

文件下載：M24SR64-YMN6T 2.pdf

一、M24SR64-Y概述

M24SR64-Y屬于ST25家族，該家族涵蓋了意法半導體（STMicroelectronics）的所有NFC/RFID標簽和讀取器產品。它是一款具有雙接口的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，內置了EEPROM存儲器，可以通過I2C接口或者13.56 MHz的RFID讀取器或NFC手機進行操作。其主要特點包括I2C接口支持1 MHz協(xié)議，單一電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V；支持NFC Forum Type 4 Tag和ISO/IEC 14443 Type A標準，數(shù)據(jù)速率為106 Kbps；內部調諧電容為25 pF；擁有8-Kbyte（64-kbit）的EEPROM，支持NDEF數(shù)據(jù)結構等。

二、功能模式

2.1 I2C模式

在這種模式下，M24SR64-Y由Vcc供電，I2C接口連接到該設備，I2C主機可以與M24SR64-Y進行通信。這為工程師在設計中提供了一種穩(wěn)定、可靠的通信方式，尤其在需要與其他I2C設備集成的系統(tǒng)中非常實用。

2.2 標簽模式

此時，M24SR64-Y由RF場供電，并可以與RF主機（如RFID讀取器或NFC手機）進行通信。用戶內存只能通過RF命令進行訪問。這種模式使得設備在無外部電源的情況下也能正常工作，適用于一些對電源要求較為苛刻的應用場景。

2.3 雙接口模式

在雙接口模式下，RF和I2C接口都連接到M24SR64-Y，RF或I2C主機都可以與該設備進行通信。電源供應和訪問管理由M24SR64-Y自身完成，通過令牌機制來確保同一時間只有一個主機可以與設備通信。這為工程師在設計時提供了更大的靈活性，可以根據(jù)實際需求選擇合適的通信方式。

三、信號描述

3.1 串行時鐘（SCL）

SCL作為輸入信號，用于對設備的所有數(shù)據(jù)進行選通。在某些應用中，當該信號被從設備用于將總線同步到較慢的時鐘時，總線主設備必須具有開漏輸出，并且需要從SCL連接一個上拉電阻到Vcc。不過，在大多數(shù)應用中，如果總線主設備具有推挽輸出，則不需要上拉電阻。

3.2 串行數(shù)據(jù)（SDA）

SDA是一個雙向信號，用于在設備中傳輸數(shù)據(jù)。它是一個開漏輸出，可以與總線上的其他開漏或開集電極信號進行線或操作。同樣，需要從SDA連接一個上拉電阻到Vcc。

3.3 天線線圈（AC0，AC1）

這兩個輸入用于將設備連接到外部線圈。需要注意的是，不要將任何其他直流或交流路徑連接到AC0或AC1。當線圈正確調諧后，可以使用NFC Forum Type 4命令來訪問設備。

3.4 接地（VSS）

VSS連接時，是所有焊盤（包括AC0和AC1）的VCC電源電壓的參考。

3.5 電源電壓（Vcc）

該引腳可以連接到外部直流電源。內部電壓調節(jié)器允許施加在Vcc上的外部電壓為M24SR64-Y供電。在操作時，需要在指定的[VCC(min)，VCC(max)]范圍內施加有效且穩(wěn)定的Vcc電壓，并使用合適的電容對Vcc線路進行去耦，以保持穩(wěn)定的直流電源電壓。

3.6 RF禁用

該輸入信號用于禁用RF通信。當Vcc引腳的電壓低于POR電平或未連接時，內部下拉電阻連接在該焊盤上，RF禁用焊盤保持低電平，RF模擬前端被激活。當Vcc引腳的電壓高于POR電平時，I2C主機應設置該引腳以啟用或禁用RF通信。在雙接口模式下，RF禁用引腳不能浮空。

3.7 通用輸出（GPO）

GPO焊盤是一個開漏焊盤，需要連接一個外部上拉電阻。它是一個可配置的輸出信號，默認配置為會話打開。其行為與I2C或RF會話的激活以及用戶選擇的模式一致。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的配置，如會話打開、MIP（NDEF消息更新中）、WIP（寫入中）、INT（中斷）、I2C就緒響應、狀態(tài)模式和RF繁忙等。

四、內存管理

4.1 內存結構

M24SR64-Y支持NFC Forum Type 4 Tag中定義的NDEF標簽應用，由三個文件組成：能力容器（CC）文件、NDEF文件和系統(tǒng)文件（ST專有文件）。

• CC文件：提供有關M24SR64-Y和NDEF文件的一些信息，是RF或I2C主機的只讀文件，不能通過寫命令進行修改，但T字段、讀訪問和寫訪問字段可以通過特定過程進行更改。
• NDEF文件：包含NDEF消息和用戶數(shù)據(jù)，RF主機或I2C主機可以在文件中讀寫數(shù)據(jù)。前兩個字節(jié)定義了NDEF消息的長度，該長度應由應用程序管理，M24SR64-Y設備不會檢查其值是否與RF或I2C主機寫入的數(shù)據(jù)相關。
• 系統(tǒng)文件：指定M24SR64-Y的配置，包含設備長度、I2C保護、I2C看門狗、GPO、ST保留、RF啟用、NDEF文件編號、UID、內存大小和產品代碼等字段。

  4.2 讀寫訪問權限

  NDEF文件可以被鎖定以進行讀寫訪問，并且受128位密碼保護。有兩個128位密碼，分別用于讀取和寫入訪問。讀取鎖定的NDEF文件之前，主機需要發(fā)送讀取密碼；寫入鎖定的NDEF文件之前，需要發(fā)送寫入密碼。通過CC文件中的兩個字節(jié)來定義對NDEF文件的讀寫訪問權限，用戶可以根據(jù)需要進行更改。

  4.3 訪問權限生命周期

  訪問權限的生命周期在NDEF文件被選擇時或直到RF或I2C會話結束時有效。一旦授予讀寫訪問權限，主機可以發(fā)送一個或多個ReadBinary或UpdateBinary命令。在會話結束或主機選擇另一個文件時，讀寫訪問權限將被初始化。

五、通信機制

5.1 主從關系

M24SR64-Y在I2C總線或RF通道上作為從設備，等待I2C主設備或RF主機的命令后再發(fā)送響應。RF主機需要生成RF場和RF命令，I2C主機需要通過Vcc引腳為M24SR64-Y供電，并在SCL焊盤上生成I2C時鐘。

5.2 會話機制

M24SR64-Y實現(xiàn)了一個令牌系統(tǒng)，令牌有RF或I2C兩種可能的值。當令牌分配給一個接口時，M24SR64-Y不能與另一個主機進行通信。

• RF令牌：在防沖突完成后，令牌被分配給RF接口。釋放條件可以是RF場切斷、接收到取消選擇命令或I2C主機發(fā)送KillRFsession命令。
• I2C令牌：當I2C主機發(fā)送正確的設備選擇時，令牌被分配給I2C接口。釋放條件可以是Vcc引腳的電源下降條件或I2C主機發(fā)送I2C令牌釋放序列。

六、命令集

M24SR64-Y的命令集可以分為不同的命令家族，包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816-4命令集和專有命令集。大多數(shù)命令在RF和I2C接口之間是通用的，但也有一些特定于RF接口或I2C接口的命令。

6.1 I-Block格式

用于在RF或I2C主機與M24SR64-Y之間交換數(shù)據(jù)，由起始數(shù)據(jù)（SoD）、負載（Payload）和結束數(shù)據(jù)（EoD）三個字段組成。當RF或I2C主機發(fā)送命令時，負載的格式為C-APDU；當M24SR64-Y發(fā)送響應時，負載的格式為R-APDU。

6.2 R-Block格式

用于在RF或I2C主機與M24SR64-Y之間傳遞肯定或否定確認信息，有R(ACK)和R(NAK)兩種類型。

6.3 S-Block格式

用于在讀取器和非接觸式標簽之間交換控制信息，有S(DES)和S(WTX)兩種請求。S(DES)是取消選擇命令，僅適用于RF；S(WTX)是等待幀擴展命令或響應，用于在M24SRxx需要的操作時間大于9.6 ms時請求時間擴展。

6.4 具體命令

• NFC Forum Type 4 Tag命令集：包括NDEF標簽應用選擇、能力容器選擇、NDEF選擇、系統(tǒng)文件選擇、ReadBinary和UpdateBinary等命令。
• ISO/IEC 7816-4命令集：提供了一些擴展功能，如NDEF文件的保護，包括Verify、ChangeReferenceData、EnableVerificationRequirement和DisableVerificationRequirement等命令。
• 專有命令集：如ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState、UpdateFileType、SendInterrupt和StateControl等命令。

七、設備操作

7.1 RF設備操作

• 防沖突和設備激活命令集：M24SR64-Y設備支持NFC-A技術和Type 4A標簽平臺章節(jié)中定義的命令集。
• 打開RF會話：RF主機完成防沖突程序并獲取ATS響應后，發(fā)送SelectApplication命令，M24SR64-Y將打開RF會話。此時，RF主機可以發(fā)送應用命令集，而I2C主機需要先關閉RF會話才能與M24SR64-Y進行通信。
• 關閉RF會話：RF主機可以通過發(fā)送S(DES)命令或關閉RF場來關閉RF會話。

  7.2 I2C設備操作

• I2C通信協(xié)議：M24SR64-Y設備支持I2C協(xié)議，作為從設備進行通信。通信基于命令和響應的交換系統(tǒng)，I2C主機發(fā)起通信，發(fā)送請求，M24SR64-Y接收有效請求后執(zhí)行內部操作并生成響應。
• 打開I2C會話：I2C主機可以通過發(fā)送GetSession命令或KillRFsession命令來打開I2C會話。
• 關閉I2C會話：可以通過關閉Vcc電源、發(fā)送I2C令牌釋放序列、等待I2C看門狗（啟用時）或等待I2C時鐘周期超時來關閉I2C會話。

八、功能流程

文檔中還介紹了一些訪問內存或管理其保護的功能流程，如選擇NDEF消息、讀取NDEF消息、讀取鎖定的NDEF文件、鎖定NDEF文件、解鎖NDEF文件、使NDEF文件達到只讀狀態(tài)、更改NDEF密碼、更改文件類型和更新NDEF文件等。這些流程為工程師在實際應用中操作M24SR64-Y提供了詳細的指導。

總結

M24SR64-Y作為一款功能強大的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，具有豐富的功能和靈活的配置選項。通過對其功能模式、信號描述、內存管理、通信機制、命令集和設備操作等方面的深入了解，電子工程師們可以更好地利用該設備進行產品設計，滿足不同應用場景的需求。在實際應用中，工程師們還需要根據(jù)具體的設計要求和實際情況，合理選擇通信方式、配置訪問權限和使用合適的命令集，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，還需要注意設備的工作環(huán)境和電源要求，避免超出絕對最大額定值，以保證設備的正常運行和使用壽命。

你在使用M24SR64-Y進行設計時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。