探索M24SR64 - Y：動態NFC/RFID標簽IC的技術奧秘

在當今的電子世界中，NFC/RFID技術正發揮著越來越重要的作用，廣泛應用于支付、門禁、數據傳輸等多個領域。今天，我們就來深入探討一款名為M24SR64 - Y的動態NFC/RFID標簽IC，看看它究竟有哪些獨特之處，能為我們的設計帶來怎樣的便利。

文件下載：M24SR64-YDW6T 2.pdf

一、M24SR64 - Y概述

M24SR64 - Y屬于ST25系列，該系列涵蓋了意法半導體（STMicroelectronics）的所有NFC/RFID標簽和讀取器產品。M24SR64 - Y是一款具有雙接口的動態NFC/RFID標簽IC，它內置了EEPROM存儲器，可以通過$I^{2}C$接口或者13.56 MHz的RFID讀取器或NFC手機進行操作。

特性亮點

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標準，數據速率為106 Kbps，內部調諧電容為25 pF。
2. 存儲能力強大
   • 擁有8 - Kbyte（64 - kbit）的EEPROM，支持NDEF數據結構。
   • 數據保留時間長達200年，不同溫度下的寫循環耐久性表現出色：25 °C時可達100萬次，85 °C時為60萬次，105 °C時為50萬次。
   • 單次命令可讀取和寫入最多246字節的數據，還具備7字節的唯一標識符（UID）和128位密碼保護。
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，滿足不同設計需求。
4. 數字引腳功能靈活：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，它們的區別主要在于電源供應來源。

1. $I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR64 - Y由$V_{CC}$供電，$I^{2}C$接口連接到設備，$I^{2}C$主機可以與M24SR64 - Y進行通信。

2. 標簽模式

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

3. 雙接口模式

RF和$I^{2}C$接口都連接到M24SR64 - Y，RF或$I^{2}C$主機都可以與設備通信。電源供應和訪問管理由M24SR64 - Y自身完成，具體細節可參考令牌機制章節。

三、信號描述

1. 串行時鐘（SCL）

SCL是一個輸入信號，用于對設備的數據輸入和輸出進行選通。在某些應用中，如果需要通過該信號讓從設備將總線同步到較慢的時鐘，總線主設備必須具有開漏輸出，并在SCL和$V_{CC}$之間連接一個上拉電阻。不過，在大多數應用中，如果總線主設備具有推挽輸出，就不需要上拉電阻。

2. 串行數據（SDA）

SDA是一個雙向信號，用于在設備中傳輸數據。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。因此，需要在SDA和$V_{CC}$之間連接一個上拉電阻。

3. 天線線圈（AC0，AC1）

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

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。內部電壓調節器允許施加在$V{CC}$上的外部電壓為M24SR64 - Y供電。在選擇M24SR64 - Y并向其發出指令之前，必須提供一個在指定范圍內的有效且穩定的$V{CC}$電壓。

6. RF disable

該輸入信號用于禁用RF通信。當$V{CC}$引腳電壓低于POR電平或未連接時，該引腳通過內部下拉電阻保持低電平，RF模擬前端被激活。當$V{CC}$引腳電壓高于POR電平時，$I^{2}C$主機可以設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是一個開漏引腳，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狀態。其行為與$I^{2}C$或RF會話的激活狀態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$I^{2}C$會話正在進行。
• MIP（NDEF Message updating In Progress）：用于檢測RF主機何時更改NFC Forum定義的NDEF消息。
• WIP（Writing In Progress）：表示M24SR64 - Y正在執行寫入操作。
• INT（interrupt）：$I^{2}C$或RF主機可以強制M24SR64 - Y在GPO引腳上發送負脈沖。
• $I^{2}C$ ready response：表示$I^{2}C$響應已準備好被$I^{2}C$主機讀取。
• State mode：$I^{2}C$或RF主機可以在RF會話期間控制GPO引腳的狀態。
• RF busy：表示M24SR64 - Y正在處理RF命令或RF會話正在進行。

四、內存管理

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：

• 系統文件：包含M24SR64 - Y設備的配置信息。
• CC文件：提供有關M24SR64 - Y本身和NDEF文件的信息，是一個只讀文件。
• NDEF文件：包含用戶數據，RF主機或$I^{2}C$主機可以對其進行讀寫操作。

2. 讀寫訪問權限

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。有兩個128位密碼，分別用于讀訪問和寫訪問。訪問權限的有效期在NDEF文件被選擇期間或RF或$I^{2}C$會話結束之前有效。

3. 密碼管理

- **NDEF文件密碼**：保護NDEF文件的讀寫訪問，每個NDEF文件有兩個128位密碼。
- **$I^{2}C$密碼**：只能由$I^{2}C$主機發送，激活超級用戶權限。擁有超級用戶權限的$I^{2}C$主機可以在不發送NDEF文件密碼的情況下訪問NDEF文件，并更改訪問權限。

五、通信機制

1. 主從關系

M24SR64 - Y在$I^{2}C$總線或RF通道上作為從設備，等待$I^{2}C$主設備或RF主機發送命令后再發送響應。

2. 會話機制

M24SR64 - Y采用令牌系統，令牌有RF和$I^{2}C$兩種值。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$I^{2}C$主機發送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：當$I^{2}C$主機發送正確的設備選擇命令時分配給$I^{2}C$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標簽應用、CC文件、NDEF文件和系統文件，以及讀取和寫入數據。

2. ISO/IEC 7816 - 4命令集

提供了一些擴展功能，如保護NDEF文件，用于管理NDEF文件的訪問權限。

3. 專有命令集

包括ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState等命令，用于實現特定的功能。

4. 特定RF命令集

包括防碰撞命令集、RATS命令和ATS響應、PPS命令與響應等，這些命令只能由RF主機發送。

5. 特定$I^{2}C$命令集

包括Get$I^{2}C$session和KillRFsession命令，用于打開或關閉$I^{2}C$或RF會話。

七、設備操作

1. RF設備操作

- **防碰撞和設備激活**：支持NFC - A技術和Type 4A標簽平臺定義的命令集。
- **打開RF會話**：RF主機完成防碰撞程序并獲取ATS響應后，發送SelectApplication命令，M24SR64 - Y將打開RF會話。
- **關閉RF會話**：RF主機可以通過發送S(DES)命令或關閉RF場來關閉RF會話。

2. $I^{2}C$設備操作

- **$I^{2}C$通信協議**：M24SR64 - Y支持$I^{2}C$協議，作為從設備參與通信。通信基于命令和響應交換系統，$I^{2}C$主機發送請求，M24SR64 - Y處理請求并發送響應。
- **打開和關閉$I^{2}C$會話**：$I^{2}C$主機可以通過發送GetSession或KillRFsession命令打開$I^{2}C$會話，通過關閉$V_{CC}$電源、發送$I^{2}C$令牌釋放序列、等待$I^{2}C$看門狗或$I^{2}C$時鐘周期超時來關閉$I^{2}C$會話。

八、功能流程

1. NDEF消息選擇

RF或$I^{2}C$主機可以通過打開RF或$I^{2}C$會話、發送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，主機可以檢查NDEF文件的讀取訪問權限，選擇NDEF文件并讀取其內容。

3. 鎖定和解鎖NDEF文件

主機可以通過發送相應的命令來鎖定或解鎖NDEF文件，保護文件的讀寫訪問。

4. 更改密碼和文件類型

主機可以通過發送ChangeReferenceData命令更改NDEF文件的密碼，通過發送UpdateFileType命令更改文件類型。

5. 更新NDEF文件

當文件有足夠的空間時，主機可以通過一系列操作更新NDEF消息，包括選擇NDEF標簽應用、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、參數與規格

1. 最大額定值

文檔中列出了M24SR64 - Y的各種最大額定值，如環境工作溫度、存儲條件、引腳電壓和電流等。在設計時，必須確保設備的工作條件在這些額定值范圍內，以避免設備損壞。

2. $I^{2}C$和RF參數

詳細介紹了$I^{2}C$和RF操作的直流和交流參數，包括電源電壓、時鐘頻率、上升和下降時間、寫入時間等。這些參數對于確保設備的正常工作至關重要。

3. GPO參數

列出了GPO引腳根據不同配置的時序參數，幫助工程師在設計中正確使用GPO引腳。

4. 寫循環定義

定義了不同溫度下的寫循環耐久性，為設備的長期使用提供了參考。

十、總結

M24SR64 - Y是一款功能強大、靈活性高的動態NFC/RFID標簽IC，具有豐富的接口、強大的存儲能力、多樣的封裝形式和靈活的數字引腳功能。它的多種功能模式和詳細的通信機制使得它在各種NFC/RFID應用中都能發揮重要作用。作為電子工程師，我們在設計時需要充分考慮其特性和參數，合理選擇功能模式和命令集，以實現最佳的設計效果。同時，我們也要注意設備的最大額定值和工作條件，確保設備的可靠性和穩定性。你在使用類似的NFC/RFID標簽IC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。