M24SR04-Y/M24SR04-G：動態(tài)NFC/RFID標簽IC的深度解析

在當今的電子設備領域，NFC/RFID技術的應用越來越廣泛，為數(shù)據(jù)交互和設備連接帶來了極大的便利。M24SR04-Y和M24SR04-G作為STMicroelectronics推出的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，憑借其獨特的功能和特性，在眾多應用場景中展現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢。今天，我們就來深入探討一下這款芯片的相關特性和應用。

文件下載：M24SR04-YDW6T 2.pdf

一、產品概述

M24SR04屬于ST25系列，該系列涵蓋了STMicroelectronics的所有NFC/RFID標簽和閱讀器產品。M24SR04是一款具有雙接口的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，內置了4-Kbit的EEPROM存儲器。它既可以通過$I^{2}C$接口進行操作，也能與13.56 MHz的RFID閱讀器或NFC手機進行通信。

二、關鍵特性

（一）物理特性

• 唯一標識符：具備7字節(jié)的唯一標識符（UID），確保了設備的唯一性，方便在各種系統(tǒng)中進行識別和管理。
• 密碼保護：支持128位的密碼保護，為數(shù)據(jù)的安全性提供了可靠的保障，有效防止未經授權的訪問。
• 封裝形式：提供SO8（MN）、TSSOP8（DW）和UFDFPN8（MC）三種封裝形式，滿足不同應用場景的需求。

（二）電氣特性

• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40 °C至85 °C（等級Y）和 -25 °C至85 °C（等級G），能夠適應較為惡劣的環(huán)境條件。
• 電源電壓：單電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V（等級Y）和2.4 V至5.5 V（等級G），為不同的電源設計提供了靈活性。
• $I^{2}C$接口：采用兩線$I^{2}C$串行接口，支持1 MHz的協(xié)議，通信速度快，能夠滿足大多數(shù)應用的需求。

（三）通信特性

• 非接觸式接口：符合NFC Forum Type 4 Tag標準，支持ISO/IEC 14443 Type A協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 Kbps，確保了穩(wěn)定、高效的非接觸式通信。
• 內存特性：擁有512字節(jié)（4-kbit）的EEPROM存儲器，數(shù)據(jù)保留時間長達200年，寫入周期耐久性高，在25 °C時可達100萬次，在85 °C時可達60萬次。同時，單次命令可讀取和寫入最多246字節(jié)的數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/li>

三、功能模式

（一）$I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR04由$V_{CC}$供電，$I^{2}C$接口連接到設備，$I^{2}C$主機可以與M24SR04進行通信，實現(xiàn)對設備的控制和數(shù)據(jù)讀寫。

（二）標簽模式

M24SR04由RF場供電，可與RF主機（如RFID閱讀器或NFC手機）進行通信。在這種模式下，用戶內存只能通過RF命令進行訪問。

（三）雙接口模式

RF和$I^{2}C$接口都連接到M24SR04，RF或$I^{2}C$主機都可以與設備進行通信。設備自身負責電源供應和訪問管理，通過令牌機制確保同一時間只有一個主機能夠與設備進行通信。

四、信號描述

（一）$I^{2}C$接口信號

• 串行時鐘（SCL）：用于同步數(shù)據(jù)傳輸，在大多數(shù)應用中，若總線主機具有推挽輸出，則無需上拉電阻；若用于同步總線時鐘，總線主機需具有開漏輸出，并連接上拉電阻。
• 串行數(shù)據(jù)（SDA）：雙向信號，用于數(shù)據(jù)傳輸，為開漏輸出，需連接上拉電阻。

（二）其他信號

• 天線線圈（AC0，AC1）：用于連接外部線圈，應避免連接其他DC或AC路徑，正確調諧后可使用NFC Forum Type 4命令訪問設備。
• 接地（$V_{SS}$）：為所有引腳提供參考電壓。
• 電源電壓（$V_{CC}$）：可連接外部DC電源，內部電壓調節(jié)器確保外部電壓能夠為M24SR04供電。在操作前，需確保$V_{CC}$電壓在規(guī)定范圍內且穩(wěn)定。
• RF禁用：用于禁用RF通信，其狀態(tài)根據(jù)$V_{CC}$引腳電壓和I2C主機的設置進行控制。
• 通用輸出（GPO）：為開漏輸出，需連接外部上拉電阻，可配置為多種狀態(tài)，如會話打開、寫入進行中、$I^{2}C$應答就緒等，其行為與$I^{2}C$或RF會話的激活狀態(tài)以及所選模式相關。

五、內存管理

（一）內存結構

M24SR04支持NFC Forum Type 4 Tag定義的NDEF標簽應用，由能力容器文件（CC文件）、NDEF文件和系統(tǒng)文件三個文件組成。

• 系統(tǒng)文件：包含設備的配置信息，如$I^{2}C$保護、$I^{2}C$看門狗、RF啟用等。
• CC文件：提供有關M24SR04和NDEF文件的信息，為只讀文件，但部分字段可通過特定流程進行更改。
• NDEF文件：存儲用戶數(shù)據(jù)，可通過RF或$I^{2}C$主機進行讀寫操作。

（二）文件標識符

每個文件都有對應的文件標識符，用于在選擇命令中選擇文件。例如，系統(tǒng)文件的標識符為0xE101，CC文件為0xE103，NDEF文件為0x0001。

（三）讀寫訪問權限

NDEF文件可以進行讀寫訪問鎖定，并通過128位的密碼進行保護。讀寫訪問權限由CC文件中的兩個字節(jié)定義，用戶可以根據(jù)需要更改這些權限。

六、通信機制

（一）主從關系

M24SR04在$I^{2}C$總線或RF通道上作為從設備，等待$I^{2}C$主機或RF主機發(fā)送命令后再進行響應。

（二）會話機制

M24SR04采用令牌系統(tǒng)，令牌有RF和$I^{2}C$兩種可能的值。當令牌分配給某一接口時，設備只能與該接口進行通信。

• RF令牌：在防沖突完成后分配給RF接口，釋放條件包括RF場切斷、接收到取消選擇命令或$I^{2}C$主機發(fā)送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：當$I^{2}C$主機發(fā)送正確的設備選擇命令后分配給$I^{2}C$接口，釋放條件包括$V_{CC}$引腳斷電或接收到$I^{2}C$令牌釋放序列。

七、命令集

（一）通用命令集

包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816-4命令集和專有命令集。這些命令集使用I-Block、R-Block和S-Block三種數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)交換。

（二）特定命令集

• RF特定命令集：如防沖突命令集、RATS命令和ATS響應、PPS命令及響應等，用于RF接口的設備激活、通信參數(shù)配置等操作。
• $I^{2}C$特定命令集：如Get$I^{2}C$session命令和KillRFsession命令，用于打開和關閉$I^{2}C$會話。

八、設備操作

（一）RF設備操作

• 防沖突和設備激活：支持NFC-A技術的防沖突命令集，通過相應命令實現(xiàn)設備的激活。
• 會話管理：通過發(fā)送SelectApplication命令打開RF會話，通過發(fā)送S(DES)命令或關閉RF場關閉RF會話。

（二）$I^{2}C$設備操作

• 通信協(xié)議：基于命令和應答交換的系統(tǒng)，$I^{2}C$主機發(fā)送請求，M24SR04執(zhí)行內部操作并返回應答。
• 會話管理：通過發(fā)送GetSession命令或KillRFsession命令打開$I^{2}C$會話，通過關閉$V_{CC}$電源、發(fā)送$I^{2}C$令牌釋放序列、等待$I^{2}C$看門狗或$I^{2}C$時鐘周期超時關閉$I^{2}C$會話。

九、功能流程

（一）NDEF消息選擇

通過打開RF或$I^{2}C$會話、發(fā)送SelectNDEFTagApplication命令、選擇CC文件、讀取CC文件和選擇NDEF文件等步驟，檢測M24SR04中的NDEF消息。

（二）NDEF消息讀取

在成功檢測到NDEF文件后，檢查讀取權限，選擇NDEF文件并進行讀取操作。需要注意的是，讀取操作不應超出NDEF消息的長度。

（三）鎖定NDEF文件讀取

對于已鎖定的NDEF文件，需要先選擇NDEF標簽應用和NDEF文件，然后使用Verify命令驗證讀取密碼，最后讀取文件數(shù)據(jù)。

（四）其他操作

還包括鎖定和解鎖NDEF文件、更改NDEF密碼、更改文件類型和更新NDEF文件等操作，每個操作都有相應的步驟和命令要求。

十、總結

M24SR04-Y和M24SR04-G作為一款功能強大的動態(tài)NFC/RFID標簽IC，具有豐富的特性和靈活的操作方式。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的功能模式和命令集，合理配置設備的參數(shù)和權限，以確保設備的正常運行和數(shù)據(jù)的安全。同時，在設計電路時，要注意各個信號的連接和處理，以及電源和溫度等因素對設備性能的影響。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和應用M24SR04這款芯片。

各位工程師在使用M24SR04的過程中，是否遇到過一些獨特的問題或有一些特別的應用經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。