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1、在手机设计方案中采用NFC架构和技术的实现方法2007-06-09 10:46NFC介面技术也可用来充当非接触、近接感应式的传输埠，其中Peer-to-Peer 的点对点模式便是为此而设计。从某种角度看，NFC可说是手机内SIM(Subscriber Iden tity Module )卡的另一个延伸介面，SIM卡本体性质上是种接触性的智能卡(Smart Card)，且仅与手机接触连接，而 NFC技术却有机会让 SIM卡从原有的接触介面再延伸出另一个非接触(Con tact-less )的无线感应介 面，如同将IC电话卡、健保卡、统一超商的i-Cash等接触性智能卡，再附加上 可以感应接触的悠
2、游卡能力，使原有的智能卡变成双介面(Dual In terface )的使用型态。nrcroruniNFC Forum Technology ArchitecturePeer-tC NodaReadJWrrts Mod*NFC CardEFTLF)ation ModeRTD&CardEmulationRF Layer ISO WQ92 + i导O 144+3 Type A, Type 8 + FeHCa52RD.cornrunriiLLCPLautal Lint: Control FrotacclSmirt Cjrd for Mobile devicesNDEFOala Exchange Fo
3、rmat NFC论坛于今(2006)年6月正式对外公佈的NFC技术构图，图中的最底层为 无线射频层，可适用于各种不同的非接触智能卡， 最上层则是因应各种不同应用 而设立的应用模式层，而居于最底与最顶之间的则是各种资料格式与传输协定的 规范标准。特别是在今(2006)年8月，由支持NFC技术的业者所组成的NFC论坛(NFC Forum)正式对外释出四份关于NFC的技术文件，使NFC从过去单纯的技术与应 用概念外，有了更清晰具体的实现方向，同时也使NFC技术与3G手机的结合有了更有利的进展。terminal 1 index areaQoaooaDA1PVDDDVDDDVSSPVSS NRSTPDS
4、IGIN SIGOUTBglEDrorDrDrz)亘ALEIRQOSCOUTOSGINAUX 2AUX1AVSSRX52RD.com PHILIPS半导体公司针对NFC所首次提出的应用晶片(原文称为：Device，装 置。对岸方面称为：器件)：PN511, PN511在供货上提供两种型态的封装：HVQFN32(SOT617-1 与 HVQFN40SOT618，图中即是 HVQFN3封装的上视(Top View) 图。这四份技术规格文件到底为何，主要有：1. NDEF( NFC Data Exchange Format)技术规格制订合乎 NFC论坛定义、 规范的NFC装置(Device )、NF
5、C标籤(Tag)的共通资料格式(commoidata format )。2. RTD (NFC Record Type Definition )技术规格规范、定义用于信息(Message的资料记录型态，讯息主要是用在合乎NFC装置(合乎NFC论坛的规范)之间的通信，以及 NFC装置与NFC标识之间的通信。3. NFC Text RTD技术规格规范、定义用于装置(具有 NFC功效机制)的纯 文字式记录。4. NFC URI RTD技术规格有关具备NFC功效的装置要素的网际网路资源参 照。附註：更具体而言，NFC由Philips、Sony提出后，也在2003年12月8日通 过 ISO/IEC( I
6、nternationalOrganization for Standardization/lnternationalElectrotech nical Commissi on)机构的审核而成为国际标准，另外也在2004年 3 月 18 日由 ECM( European Computer Manufacturers Association)认定为欧洲标准，而陆陆续续通过的标准编列有ECMA-340(NFCIP-1)、ECMA-352(NFCIP-2)、ECMA-356 ECMA-362 ISO/IEC 18092、ISO/IEC 21481。附註：NFC中所言的Field，场其实是指电磁感应的磁
7、场(Magnetic field )， Near，近则是指近接、靠近之意。/h鼬梢 Irricrfaco 卩DVDD AVOOTVDDPVDDRXPV&SN蒂呂TP口rxiFM511TVSSmoTX2EWSS-OS-CIN OSCCUTHi-27,12 _ MHe -_L11DR?52RD.coni PN511的典型应用设计电路图。图中PN511透过Host (主控)介面与左端的微 处理器相连，右端则透过 RC谐振电路与无线类比感应传输用天线进行连接。 NFC技术架构NFC论坛除了发布四个技术规格文件外，同(2006)年更早之前的6月5日,NFC论坛也为NFC技术发表更完整详尽的技术架构 (T
8、ech no logy Architecture )在NFC的技术构图中，最底处为无线射频层(RFLayer)，即是所有今日流行 普及的感应式智能卡标准，包括有：ISO 18092、ISO 14443 Type A (即Philips 的Mifare，现有悠游卡即属此类)、ISO 14443 Type B、FeliCa ( Sony发创)而最顶的部分则是应用层，即是各种的智能卡传输应用模式， 例如有：点对点 模式(Peer-to-Peer Mode )、读写模式(Read/Write Mode )、NFC Card实效 模拟模式(NFC Card Emulation Mode)等，其中NFC
9、Card实效模拟模式即是移 动装置用的智能卡相容模式(Smart Card Cap ability for Mobile Devices至于介于最底的无线射频层与最顶的应用模式层之间的是格式、协定 层，前述的四项规格发佈中，几乎都是针对应用上读写模式的需求而研拟， 如 RTD( Record Type Definition )、NDEF( Data Exchange Format )等，除此 之外在点对点的运用上需要 LLCP (Logical Link Control Protocol )协定。而 所谓的点对点运用有些类似 USB随身碟，只是现有的USB随身碟是实际的连接埠 接触，NFC介面
10、+ LLCP协定则是一种无线感应式连接的随身碟。EiasebandConcrollcrSecure IC S2C介面可说是针对NFC安全防护需求而增订的标准，可以让既有的NFC介面 与安全加密性晶片(Secure IC )相连，过程中仅需要透过两条数字实体接线即 可，此二线分别是SigIn的输入线及SigOut的输出线。 NFC应用晶片这二、三年来，NFC的规格表现及应用概念已广被说明，在此不再赘述，对于 NFC的使用者而言，只要将具备NFC功效机能的手机，当成内嵌一张悠游卡的方 式来运用即可，不过对电子设计工程师而言，除了关注、关切NFC标准与实际发 展外，NFC相关的应用晶片也是当重视的一
11、环，因为不同的NFC应用需要使用不同类型、取向的NFC晶片。虽然NFC的发起业者是Philips、Sony,但真正有研发、产制NFC晶片的业者 只有Philips ，Sony也只是NFC晶片的应用、使用者，尚无打算自行研制 NFC 晶片，其次才有Infineon 投入NFC晶片。若以Philips 来说Philips 已经推出了四款的 NFC应用晶片：PN511 PN512 PN531 PN532由此可知Philips是现阶段最积极推行NFC的晶片业者，以下我 们进一步检视此四款晶片的异同，即可瞭解 NFC实际技术的发展进度。操作距离以正规的标准而言，NFC在被动感应（Passive Mode
12、被动模式）时的最远距 离应是10cm 主动感应（Active Mode主动模式）的最远距离应是 20cm,不过 Philips 的PN511/512/531/532的实际表现却是减半：被动下5cm,主动下10cm。实体介面NF端是非接触式的无线感应介面，另一端则必须是实际、实体接线的传输 介面，此方面NFC晶片有多种选择，包括：串列介面（Serial Bus）、I2C介面、 SPI介面、八位元并列介面（8-bit Parallel Bus ）、以及USB介面等。其中串列介面是最基础且最普遍的，无论是 PN511/512/531/532都具备，NFC 晶片所用的串列介面在传输速度上最快可达 1.
13、228Mbps,此速度因应现行NFC可 说是绰绰有余，NFC现有最快仅424kbps，未来将往848kbps迈进。其次是I2C，I2C同样是Philips所发创，一般而言I2C最快为400kbps，不 过之后也有更高速的3.4Mbps （1998年以后的2.0版），若以400kbps来因应 NFC很明显会有瓶颈的出现，不过即便如此仍适合用在一些低速性的传输应用 上，如一般性的读写模式、智慧卡相容模式等，但却不适合用在点对 点模式。虽然高速版的I2C更能因应NFC高速传输的需求，但很耐人寻味的，Philips 较早推出的PN511 PN512确实具有高速I2C的（3.4Mbps）传输能力，但更之
14、后 推出的PN531 PN532却仅有标准的400kbps传输能力，高速能力则不具备，关 于此笔者推测应是两点考量：用电（高速传输的功耗可能太大）、成本（裸晶电 路面积的精省）。至于SPI介面，SPI介面的传输率更高，最高达5Mbps且MMCMultiMediaCard ） 存储卡、SD（Secure Digital ）记忆卡等也能相容支援 SPI介面，因此在已经具 备MMCSD记忆卡存取设计的装置上，最适合直接採行 SPI介面的方式来扩展、 实现NFC介面。此外虽然也有支援USB介面，但速率模式上最高只至Full Speed（全速）的12Mbps而无须到 High Speed （高速）的48
15、0Mbps FIFO （First In First Out）为了避免接轨介面的传输能够平顺，NFC晶片内也会具备FIFO来因应，无论 是 PN511 PN512 PN531 PN532都具备 64Bytes 的 CL FIFO 深度。进一步的， PN531 PN532还额外提供了串列介面、SPI介面所用的FIFO,此方面的深度达 180Bytes。相关整合积体电路的积体亦即整合，因此 NFC晶片内也是尽可能整合各种可能 的电路需求，以NFC晶片来说，包括内建无线感应需求的类比介面电路、 低消散 的电压调节器（LDOVoltage Regulator，俗称：降压器）、微控制器（如80C51）、
16、 以及搭配微控制器执行运作之用的 RAM/R O存储器。 S2C介 面S2C介面的全名是SigIn-SigOut-Connection，这是一个针对 NFC无线感 应传输所增订的安全加密防护介面，因此也有人称此为 Secure NFC，此一技 术提案主要是避免NFC标签（即NFC卡）与NFC装置（即NFC读卡机、存取器） 两者在感应时，被其他有心人士从中、从旁对传输资料进行拦窃，特别是今日的 手机SIM卡、IC智慧卡都已经普遍采行加密设计，即是 Secure IC,如此就更需 要Secure NFC的搭配、对应。 S2C介面不仅适用于NFC传统的非接触、无线感应式智能卡也同样适用。此 外，S2
17、C介面与NFC介面的连接可以相当的直简，过程中在实体设计上几乎不用 再行设计转接、配接，传输协定上也不用再行转换。（资料来源：www.NFC-Forum.org更具体来说，S2C仅有两条实体接线，一条为 Sig In ,另一条为SigOut， NFC介面以其前端无线射频桥接，之后透过此两条数字线路与 Secure IC （加密 型晶片）的存取器连接。此外，S2C对加密防护资料方面有不同的编码风格，包括 A型、B型、F型， 且各型的编码都可以支援NFC的各种传输模式（点对点模式、读写模式、智慧卡 相容模式），以及NFC的各种型态、资料传输率等，同时也适用于非NFC但NFC相容的标准，如IS0/I
18、EC 14443。 S2C介面提供了 A B F等多种风格型态的资料加密编码法，图中所示的即是 F型的安全编码，包括F型编码的在调变传输后的类比波形，以及对应到 Sig In/Out数位传输线路上的信号。更重要的是，Secure NFC（ S2C介面不需要再行任何的介面转接、配接， 或者是通讯传输协定的转换等，且线路精简（仅两条线路），不会为设计、制造 增添太多的心力与成本。不过，即便NFC的安全加密传输尚未完备，但 Philips 现有的PN511 PN512 PN531 PN532也并非完全没有安全加密能力，由于 NFC相容于过往的ISO/IEC 14443 Type A （ Philips 的 Mifare） ， Mifare 自身也有基础（Classic ）的安全 防护加密机制，NFC也支援此一机制。