探索M24SR64 - Y：動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的技術(shù)奧秘

在當(dāng)今的電子世界中，NFC/RFID技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用，廣泛應(yīng)用于支付、門禁、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域。今天，我們就來深入探討一款名為M24SR64 - Y的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來怎樣的便利。

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一、M24SR64 - Y概述

M24SR64 - Y屬于ST25系列，該系列涵蓋了意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的所有NFC/RFID標(biāo)簽和讀取器產(chǎn)品。M24SR64 - Y是一款具有雙接口的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，它內(nèi)置了EEPROM存儲(chǔ)器，可以通過$I^{2}C$接口或者13.56 MHz的RFID讀取器或NFC手機(jī)進(jìn)行操作。

特性亮點(diǎn)

1. 接口豐富
   • $I^{2}C$接口：采用兩線制$I^{2}C$串行接口，支持1 MHz協(xié)議，單電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V。
   • 非接觸式接口：兼容NFC Forum Type 4 Tag和ISO/IEC 14443 Type A標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)速率為106 Kbps，內(nèi)部調(diào)諧電容為25 pF。
2. 存儲(chǔ)能力強(qiáng)大
   • 擁有8 - Kbyte（64 - kbit）的EEPROM，支持NDEF數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
   • 數(shù)據(jù)保留時(shí)間長達(dá)200年，不同溫度下的寫循環(huán)耐久性表現(xiàn)出色：25 °C時(shí)可達(dá)100萬次，85 °C時(shí)為60萬次，105 °C時(shí)為50萬次。
   • 單次命令可讀取和寫入最多246字節(jié)的數(shù)據(jù)，還具備7字節(jié)的唯一標(biāo)識符（UID）和128位密碼保護(hù)。
3. 封裝多樣：提供8引腳小外形封裝（SO8）、TSSOP8和UFDFPN8三種ECOPACK2?封裝形式，滿足不同設(shè)計(jì)需求。
4. 數(shù)字引腳功能靈活：GPO為可配置通用輸出引腳，RF disable可用于激活或停用RF命令。
5. 工作溫度范圍廣：$I^{2}C$操作溫度范圍為 - 40 °C至105 °C，RF操作溫度范圍為 - 40 °C至85 °C。

二、功能模式詳解

M24SR64 - Y有三種功能模式，它們的區(qū)別主要在于電源供應(yīng)來源。

1. $I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR64 - Y由$V_{CC}$供電，$I^{2}C$接口連接到設(shè)備，$I^{2}C$主機(jī)可以與M24SR64 - Y進(jìn)行通信。

2. 標(biāo)簽?zāi)Ｊ?/h3>

M24SR64 - Y由RF場供電，可與RF主機(jī)（如RFID讀取器或NFC手機(jī)）進(jìn)行通信。此時(shí)，用戶內(nèi)存只能通過RF命令進(jìn)行訪問。

3. 雙接口模式

RF和$I^{2}C$接口都連接到M24SR64 - Y，RF或$I^{2}C$主機(jī)都可以與設(shè)備通信。電源供應(yīng)和訪問管理由M24SR64 - Y自身完成，具體細(xì)節(jié)可參考令牌機(jī)制章節(jié)。

三、信號描述

1. 串行時(shí)鐘（SCL）

SCL是一個(gè)輸入信號，用于對設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入和輸出進(jìn)行選通。在某些應(yīng)用中，如果需要通過該信號讓從設(shè)備將總線同步到較慢的時(shí)鐘，總線主設(shè)備必須具有開漏輸出，并在SCL和$V_{CC}$之間連接一個(gè)上拉電阻。不過，在大多數(shù)應(yīng)用中，如果總線主設(shè)備具有推挽輸出，就不需要上拉電阻。

2. 串行數(shù)據(jù)（SDA）

SDA是一個(gè)雙向信號，用于在設(shè)備中傳輸數(shù)據(jù)。它是一個(gè)開漏輸出，可以與總線上的其他開漏或開集電極信號進(jìn)行線或操作。因此，需要在SDA和$V_{CC}$之間連接一個(gè)上拉電阻。

3. 天線線圈（AC0，AC1）

這兩個(gè)輸入用于將設(shè)備連接到外部線圈，建議不要將任何其他直流或交流路徑連接到AC0或AC1。當(dāng)線圈正確調(diào)諧后，可以使用NFC Forum Type 4命令訪問設(shè)備。

4. 接地（$V_{SS}$）

$V{SS}$連接后，是所有引腳（包括AC0和AC1）的$V{CC}$電源電壓的參考。

5. 電源電壓（$V_{CC}$）

該引腳可以連接到外部直流電源電壓。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器允許施加在$V{CC}$上的外部電壓為M24SR64 - Y供電。在選擇M24SR64 - Y并向其發(fā)出指令之前，必須提供一個(gè)在指定范圍內(nèi)的有效且穩(wěn)定的$V{CC}$電壓。

6. RF disable

該輸入信號用于禁用RF通信。當(dāng)$V{CC}$引腳電壓低于POR電平或未連接時(shí)，該引腳通過內(nèi)部下拉電阻保持低電平，RF模擬前端被激活。當(dāng)$V{CC}$引腳電壓高于POR電平時(shí)，$I^{2}C$主機(jī)可以設(shè)置該引腳來啟用或禁用RF通信。在雙接口模式下，RF disable引腳不能懸空。

7. 通用輸出（GPO）

GPO是一個(gè)開漏引腳，需要連接一個(gè)外部上拉電阻。它是一個(gè)可配置的輸出信號，默認(rèn)配置為會(huì)話打開狀態(tài)。其行為與$I^{2}C$或RF會(huì)話的激活狀態(tài)以及用戶選擇的模式一致。用戶可以選擇以下幾種配置：

• Session Open：表示RF或$I^{2}C$會(huì)話正在進(jìn)行。
• MIP（NDEF Message updating In Progress）：用于檢測RF主機(jī)何時(shí)更改NFC Forum定義的NDEF消息。
• WIP（Writing In Progress）：表示M24SR64 - Y正在執(zhí)行寫入操作。
• INT（interrupt）：$I^{2}C$或RF主機(jī)可以強(qiáng)制M24SR64 - Y在GPO引腳上發(fā)送負(fù)脈沖。
• $I^{2}C$ ready response：表示$I^{2}C$響應(yīng)已準(zhǔn)備好被$I^{2}C$主機(jī)讀取。
• State mode：$I^{2}C$或RF主機(jī)可以在RF會(huì)話期間控制GPO引腳的狀態(tài)。
• RF busy：表示M24SR64 - Y正在處理RF命令或RF會(huì)話正在進(jìn)行。

四、內(nèi)存管理

1. 內(nèi)存結(jié)構(gòu)

M24SR64 - Y支持NFC Forum Type 4 Tag中定義的NDEF標(biāo)簽應(yīng)用，由三個(gè)文件組成：

• 系統(tǒng)文件：包含M24SR64 - Y設(shè)備的配置信息。
• CC文件：提供有關(guān)M24SR64 - Y本身和NDEF文件的信息，是一個(gè)只讀文件。
• NDEF文件：包含用戶數(shù)據(jù)，RF主機(jī)或$I^{2}C$主機(jī)可以對其進(jìn)行讀寫操作。

2. 讀寫訪問權(quán)限

NDEF文件可以被鎖定以限制讀寫訪問，并且受到128位密碼的保護(hù)。有兩個(gè)128位密碼，分別用于讀訪問和寫訪問。訪問權(quán)限的有效期在NDEF文件被選擇期間或RF或$I^{2}C$會(huì)話結(jié)束之前有效。

3. 密碼管理

- **NDEF文件密碼**：保護(hù)NDEF文件的讀寫訪問，每個(gè)NDEF文件有兩個(gè)128位密碼。
- **$I^{2}C$密碼**：只能由$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送，激活超級用戶權(quán)限。擁有超級用戶權(quán)限的$I^{2}C$主機(jī)可以在不發(fā)送NDEF文件密碼的情況下訪問NDEF文件，并更改訪問權(quán)限。

五、通信機(jī)制

1. 主從關(guān)系

M24SR64 - Y在$I^{2}C$總線或RF通道上作為從設(shè)備，等待$I^{2}C$主設(shè)備或RF主機(jī)發(fā)送命令后再發(fā)送響應(yīng)。

2. 會(huì)話機(jī)制

M24SR64 - Y采用令牌系統(tǒng)，令牌有RF和$I^{2}C$兩種值。當(dāng)令牌分配給一個(gè)接口時(shí)，M24SR64 - Y不能與另一個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信。

• RF令牌：在防碰撞完成后分配給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(jī)發(fā)送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：當(dāng)$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送正確的設(shè)備選擇命令時(shí)分配給$I^{2}C$接口，釋放條件包括$V_{CC}$引腳掉電或接收到$I^{2}C$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族，大多數(shù)命令在RF和$I^{2}C$接口之間是通用的，但也有一些特定于RF接口或$I^{2}C$接口的命令。主要命令族包括：

1. NFC Forum Type 4 Tag命令集

用于選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、CC文件、NDEF文件和系統(tǒng)文件，以及讀取和寫入數(shù)據(jù)。

2. ISO/IEC 7816 - 4命令集

提供了一些擴(kuò)展功能，如保護(hù)NDEF文件，用于管理NDEF文件的訪問權(quán)限。

3. 專有命令集

包括ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState等命令，用于實(shí)現(xiàn)特定的功能。

4. 特定RF命令集

包括防碰撞命令集、RATS命令和ATS響應(yīng)、PPS命令與響應(yīng)等，這些命令只能由RF主機(jī)發(fā)送。

5. 特定$I^{2}C$命令集

包括Get$I^{2}C$session和KillRFsession命令，用于打開或關(guān)閉$I^{2}C$或RF會(huì)話。

七、設(shè)備操作

1. RF設(shè)備操作

- **防碰撞和設(shè)備激活**：支持NFC - A技術(shù)和Type 4A標(biāo)簽平臺(tái)定義的命令集。
- **打開RF會(huì)話**：RF主機(jī)完成防碰撞程序并獲取ATS響應(yīng)后，發(fā)送SelectApplication命令，M24SR64 - Y將打開RF會(huì)話。
- **關(guān)閉RF會(huì)話**：RF主機(jī)可以通過發(fā)送S(DES)命令或關(guān)閉RF場來關(guān)閉RF會(huì)話。

2. $I^{2}C$設(shè)備操作

- **$I^{2}C$通信協(xié)議**：M24SR64 - Y支持$I^{2}C$協(xié)議，作為從設(shè)備參與通信。通信基于命令和響應(yīng)交換系統(tǒng)，$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送請求，M24SR64 - Y處理請求并發(fā)送響應(yīng)。
- **打開和關(guān)閉$I^{2}C$會(huì)話**：$I^{2}C$主機(jī)可以通過發(fā)送GetSession或KillRFsession命令打開$I^{2}C$會(huì)話，通過關(guān)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(shí)鐘周期超時(shí)來關(guān)閉$I^{2}C$會(huì)話。

八、功能流程

1. NDEF消息選擇

RF或$I^{2}C$主機(jī)可以通過打開RF或$I^{2}C$會(huì)話、發(fā)送SelectNDEFTagApplication命令、選擇CC文件、讀取CC文件和選擇NDEF文件來檢測M24SR64 - Y中的NDEF消息。

2. NDEF消息讀取

在成功檢測到NDEF文件后，主機(jī)可以檢查NDEF文件的讀取訪問權(quán)限，選擇NDEF文件并讀取其內(nèi)容。

3. 鎖定和解鎖NDEF文件

主機(jī)可以通過發(fā)送相應(yīng)的命令來鎖定或解鎖NDEF文件，保護(hù)文件的讀寫訪問。

4. 更改密碼和文件類型

主機(jī)可以通過發(fā)送ChangeReferenceData命令更改NDEF文件的密碼，通過發(fā)送UpdateFileType命令更改文件類型。

5. 更新NDEF文件

當(dāng)文件有足夠的空間時(shí)，主機(jī)可以通過一系列操作更新NDEF消息，包括選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、解鎖文件、寫入NDEF長度、寫入NDEF消息和更新NDEF長度。

九、參數(shù)與規(guī)格

1. 最大額定值

文檔中列出了M24SR64 - Y的各種最大額定值，如環(huán)境工作溫度、存儲(chǔ)條件、引腳電壓和電流等。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保設(shè)備的工作條件在這些額定值范圍內(nèi)，以避免設(shè)備損壞。

2. $I^{2}C$和RF參數(shù)

詳細(xì)介紹了$I^{2}C$和RF操作的直流和交流參數(shù)，包括電源電壓、時(shí)鐘頻率、上升和下降時(shí)間、寫入時(shí)間等。這些參數(shù)對于確保設(shè)備的正常工作至關(guān)重要。

3. GPO參數(shù)

列出了GPO引腳根據(jù)不同配置的時(shí)序參數(shù)，幫助工程師在設(shè)計(jì)中正確使用GPO引腳。

4. 寫循環(huán)定義

定義了不同溫度下的寫循環(huán)耐久性，為設(shè)備的長期使用提供了參考。

十、總結(jié)

M24SR64 - Y是一款功能強(qiáng)大、靈活性高的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具有豐富的接口、強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力、多樣的封裝形式和靈活的數(shù)字引腳功能。它的多種功能模式和詳細(xì)的通信機(jī)制使得它在各種NFC/RFID應(yīng)用中都能發(fā)揮重要作用。作為電子工程師，我們在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮其特性和參數(shù)，合理選擇功能模式和命令集，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，我們也要注意設(shè)備的最大額定值和工作條件，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用類似的NFC/RFID標(biāo)簽IC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。