M24SR16 - Y：多功能動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的全面解析

在電子設(shè)備互聯(lián)互通的今天，NFC/RFID技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。M24SR16 - Y作為一款動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，憑借其獨(dú)特的特性和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的潛力。本文將深入剖析M24SR16 - Y的各項(xiàng)特性、工作模式、通信機(jī)制以及使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)，為電子工程師們?cè)?a href="http://www.3532n.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)提供全面的參考。

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一、M24SR16 - Y概述

M24SR16 - Y屬于ST25系列，該系列涵蓋了意法半導(dǎo)體的所有NFC/RFID標(biāo)簽和讀取器產(chǎn)品。它具有雙接口，可通過(guò) $I^{2}C$ 接口或13.56 MHz的RFID讀取器或NFC手機(jī)進(jìn)行操作，內(nèi)置16 - Kbit的EEPROM存儲(chǔ)器，工作溫度范圍為 - 40 °C至85 °C，能適應(yīng)較為復(fù)雜的環(huán)境。

1.1 接口特性

• $I^{2}C$ 接口：采用兩線(xiàn)串行接口，由雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)組成，支持1 MHz協(xié)議，單電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V，在 $I^{2}C$ 協(xié)議中作為從設(shè)備運(yùn)行。
• 非接觸式接口：符合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。

1.2 存儲(chǔ)特性

• 容量：擁有2 - Kbyte（16 - kbit）的EEPROM，支持NDEF數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
• 數(shù)據(jù)保留：數(shù)據(jù)可保留200年。
• 寫(xiě)入周期耐久性：在25 °C時(shí)可進(jìn)行100萬(wàn)次寫(xiě)入循環(huán)，在85 °C時(shí)可進(jìn)行60萬(wàn)次寫(xiě)入循環(huán)。
• 讀寫(xiě)能力：?jiǎn)未蚊羁勺x取和寫(xiě)入多達(dá)246字節(jié)的數(shù)據(jù)。
• 安全特性：具備7字節(jié)唯一標(biāo)識(shí)符（UID）和128位密碼保護(hù)。

二、工作模式

M24SR16 - Y有三種工作模式，不同模式的區(qū)別在于電源供應(yīng)來(lái)源：

2.1 $I^{2}C$ 模式

由 $V_{CC}$ 供電，$I^{2}C$ 接口連接到設(shè)備，$I^{2}C$ 主機(jī)可與M24SR16 - Y進(jìn)行通信。

2.2 標(biāo)簽?zāi)Ｊ?/h3>

由RF場(chǎng)供電，可與RF主機(jī)（如RFID讀取器或NFC手機(jī)）通信，用戶(hù)內(nèi)存只能通過(guò)RF命令訪(fǎng)問(wèn)。

2.3 雙接口模式

RF和 $I^{2}C$ 接口都連接到M24SR16 - Y，RF或 $I^{2}C$ 主機(jī)均可與設(shè)備通信，電源供應(yīng)和訪(fǎng)問(wèn)管理由設(shè)備自身控制，具體可參考令牌機(jī)制章節(jié)。

三、信號(hào)描述

3.1 串行時(shí)鐘（SCL）

用于同步設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入和輸出。在某些應(yīng)用中，若需從設(shè)備同步總線(xiàn)到較慢時(shí)鐘，總線(xiàn)主設(shè)備需采用開(kāi)漏輸出，并連接上拉電阻。但在大多數(shù)應(yīng)用中，若總線(xiàn)主設(shè)備為推挽輸出，則無(wú)需上拉電阻。

3.2 串行數(shù)據(jù)（SDA）

雙向信號(hào)，用于數(shù)據(jù)傳輸。它是開(kāi)漏輸出，可與總線(xiàn)上的其他開(kāi)漏或開(kāi)集電極信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)或操作，需連接上拉電阻。

3.3 天線(xiàn)線(xiàn)圈（AC0，AC1）

用于將設(shè)備連接到外部線(xiàn)圈，不建議連接其他直流或交流路徑。正確調(diào)諧后，可使用NFC Forum Type 4命令訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備。

3.4 接地（$V_{SS}$）

作為所有引腳（包括AC0和AC1）的 $V_{CC}$ 電源電壓參考。

3.5 電源電壓（$V_{CC}$）

可連接到外部直流電源，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器可使外部電壓為M24SR16 - Y供電。在操作設(shè)備前，需確保 $V_{CC}$ 電壓在規(guī)定范圍內(nèi)且穩(wěn)定，并使用合適的電容進(jìn)行去耦。

3.6 RF禁用

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(guò)內(nèi)部下拉電阻保持低電平，RF模擬前端激活；當(dāng) $V{CC}$ 引腳電壓高于POR電平時(shí)，$I^{2}C$ 主機(jī)可設(shè)置該引腳以啟用或禁用RF通信。

3.7 通用輸出（GPO）

開(kāi)漏引腳，需連接外部上拉電阻。它是可配置的輸出信號(hào)，出廠(chǎng)時(shí)配置為會(huì)話(huà)打開(kāi)狀態(tài)，其行為與 $I^{2}C$ 或RF會(huì)話(huà)的激活以及用戶(hù)選擇的模式一致。用戶(hù)可選擇以下幾種配置：

• 會(huì)話(huà)打開(kāi)：RF或 $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)正在進(jìn)行時(shí)，GPO引腳變?yōu)榈碗娖健?/li>
• MIP（NDEF消息更新中）：RF主機(jī)寫(xiě)入的NDEF長(zhǎng)度不為0x0000時(shí)，GPO引腳變?yōu)榈碗娖健?/li>
• WIP（寫(xiě)入中）：M24SR16 - Y執(zhí)行寫(xiě)入操作時(shí)，GPO引腳變?yōu)榈碗娖健?/li>
• INT（中斷）：$I^{2}C$ 或RF主機(jī)可強(qiáng)制M24SR16 - Y在GPO引腳發(fā)送負(fù)脈沖。
• $I^{2}C$ 就緒響應(yīng)：M24SR16 - Y處理完 $I^{2}C$ 命令并準(zhǔn)備發(fā)送響應(yīng)時(shí)，GPO引腳變?yōu)榈碗娖健?/li>
• 狀態(tài)模式：$I^{2}C$ 或RF主機(jī)可在RF會(huì)話(huà)期間控制GPO引腳的狀態(tài)。
• RF繁忙：M24SR16 - Y處理RF命令或RF會(huì)話(huà)正在進(jìn)行時(shí)，GPO引腳變?yōu)榈碗娖健?/li>

四、內(nèi)存管理

4.1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)

M24SR16 - Y由三個(gè)文件組成：

• 能力容器文件（CC文件）：提供有關(guān)M24SR16 - Y和NDEF文件的信息，為只讀文件，部分字段可通過(guò)特定流程更改。
• NDEF文件：包含用戶(hù)數(shù)據(jù)，RF主機(jī)或 $I^{2}C$ 主機(jī)可讀寫(xiě)該文件，前兩個(gè)字節(jié)為NDEF消息長(zhǎng)度，需由應(yīng)用程序管理。
• 系統(tǒng)文件：意法半導(dǎo)體的專(zhuān)有文件，包含設(shè)備的配置信息。

4.2 讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限

NDEF文件的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)可被鎖定，受128位密碼保護(hù)，有讀取密碼和寫(xiě)入密碼。訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限分為無(wú)安全訪(fǎng)問(wèn)、鎖定和未授權(quán)三種狀態(tài)，可通過(guò)特定命令進(jìn)行更改。

4.3 訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限生命周期

訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限在NDEF文件被選中或RF或 $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)結(jié)束前有效。會(huì)話(huà)結(jié)束或主機(jī)選擇其他文件時(shí)，讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限將被初始化。

4.4 密碼管理

NDEF文件有讀取和寫(xiě)入密碼，長(zhǎng)度均為128位。$I^{2}C$ 密碼由 $I^{2}C$ 主機(jī)發(fā)送，可激活超級(jí)用戶(hù)權(quán)限，使主機(jī)能在不發(fā)送NDEF文件密碼的情況下訪(fǎng)問(wèn)NDEF文件，并更改訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。

五、通信機(jī)制

5.1 主從關(guān)系

M24SR16 - Y在 $I^{2}C$ 總線(xiàn)或RF通道中作為從設(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)。

5.2 會(huì)話(huà)機(jī)制

M24SR16 - 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)，設(shè)備不能與另一個(gè)主機(jī)通信。

• RF令牌：防碰撞完成后，令牌分配給RF接口，釋放條件包括RF場(chǎng)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：$I^{2}C$ 主機(jī)發(fā)送正確的設(shè)備選擇命令后，令牌分配給 $I^{2}C$ 接口，釋放條件包括 $V_{CC}$ 引腳斷電或 $I^{2}C$ 主機(jī)發(fā)送 $I^{2}C$ 令牌釋放序列。

六、命令集

M24SR16 - Y的命令集分為NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816 - 4命令集和專(zhuān)有命令集，部分命令在RF和 $I^{2}C$ 接口通用，部分為特定接口專(zhuān)用。命令格式包括I - Block、R - Block和S - Block。

6.1 NFC Forum Type 4 Tag命令集

包括NDEF標(biāo)簽應(yīng)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。

6.2 ISO/IEC 7816 - 4命令集

提供擴(kuò)展功能，如NDEF文件的保護(hù)，包括Verify、ChangeReferenceData、EnableVerificationRequirement和DisableVerificationRequirement等命令。

6.3 專(zhuān)有命令集

如ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState、UpdateFileType、SendInterrupt和StateControl等命令。

6.4 特定RF命令集

包括防碰撞命令集、RATS命令和ATS響應(yīng)、PPS命令和響應(yīng)等。

6.5 特定 $I^{2}C$ 命令集

包括GetI2Csession和KillRFsession命令，分別用于在RF會(huì)話(huà)未進(jìn)行時(shí)打開(kāi) $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)和關(guān)閉RF會(huì)話(huà)并打開(kāi) $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)。

七、設(shè)備操作

7.1 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)的命令集。
• 打開(kāi)RF會(huì)話(huà)：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，即可打開(kāi)RF會(huì)話(huà)。
• 關(guān)閉RF會(huì)話(huà)：RF主機(jī)可通過(guò)發(fā)送S(DES)命令或關(guān)閉RF場(chǎng)來(lái)關(guān)閉RF會(huì)話(huà)。
• 應(yīng)用命令集：包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816 - 4命令集和專(zhuān)有命令集。

7.2 $I^{2}C$ 設(shè)備操作

• 通信協(xié)議：支持 $I^{2}C$ 協(xié)議，作為從設(shè)備運(yùn)行。通信基于命令和響應(yīng)交換，$I^{2}C$ 主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，M24SR16 - Y處理后返回響應(yīng)。
• 啟動(dòng)和停止條件：?jiǎn)?dòng)條件為串行數(shù)據(jù)（SDA）在串行時(shí)鐘（SCL）為高電平時(shí)下降沿，停止條件為SDA在SCL為高電平時(shí)上升沿。
• 令牌釋放序列：通過(guò)特定的時(shí)間延遲和信號(hào)序列可釋放 $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)令牌。
• 超時(shí)設(shè)置：在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，若串行時(shí)鐘的高脈沖或低脈沖超過(guò)規(guī)定值，$I^{2}C$ 邏輯塊將被重置。
• 確認(rèn)位和數(shù)據(jù)輸入：確認(rèn)位用于表示字節(jié)傳輸成功，設(shè)備在SCL上升沿采樣SDA數(shù)據(jù)。
• 設(shè)備地址：由4位組號(hào)和3位 $I^{2}C$ 地址拼接而成。
• 幀格式：$I^{2}C$ 幀由SOD、Payload和EOD三個(gè)字段組成。
• 打開(kāi)和關(guān)閉會(huì)話(huà)：$I^{2}C$ 主機(jī)可通過(guò)發(fā)送GetSession或KillRFsession命令打開(kāi) $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)，可通過(guò)關(guān)閉 $V_{CC}$ 電源、發(fā)送 $I^{2}C$ 令牌釋放序列或等待 $I^{2}C$ 看門(mén)狗超時(shí)來(lái)關(guān)閉會(huì)話(huà)。

八、功能流程

8.1 NDEF消息選擇

通過(guò)打開(kāi)RF或 $I^{2}C$ 會(huì)話(huà)、發(fā)送SelectNDEFTagApplication命令、選擇CC文件、讀取CC文件和選擇NDEF文件來(lái)檢測(cè)NDEF消息。

8.2 NDEF消息讀取

成功檢測(cè)NDEF文件后，確保讀取訪(fǎng)問(wèn)無(wú)安全限制，選擇NDEF文件并讀取數(shù)據(jù)，注意讀取范圍不要超過(guò)NDEF長(zhǎng)度字段。

8.3 讀取鎖定的NDEF文件

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、驗(yàn)證讀取密碼后讀取數(shù)據(jù)。

8.4 鎖定NDEF文件

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、檢查訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限、選擇NDEF文件、傳輸寫(xiě)入密碼并發(fā)送啟用驗(yàn)證命令。

8.5 解鎖NDEF文件

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、驗(yàn)證寫(xiě)入或 $I^{2}C$ 密碼后發(fā)送禁用驗(yàn)證命令。

8.6 使NDEF文件變?yōu)橹蛔x狀態(tài)

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、傳輸寫(xiě)入或 $I^{2}C$ 密碼后發(fā)送EnablePermanentState命令。

8.7 更改NDEF密碼

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、傳輸寫(xiě)入或 $I^{2}C$ 密碼后發(fā)送ChangeReferenceData命令。

8.8 更改文件類(lèi)型

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇要修改的文件、將文件長(zhǎng)度設(shè)置為0x00，然后發(fā)送UpdateFileType命令。

8.9 更新NDEF文件

選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用、選擇NDEF文件、必要時(shí)解鎖文件、將NDEF長(zhǎng)度設(shè)置為0x0000、寫(xiě)入NDEF消息并更新NDEF長(zhǎng)度，建議讀取并檢查NDEF長(zhǎng)度以確保更新成功。

九、其他特性

9.1 唯一標(biāo)識(shí)符（UID）

M24SR16 - Y由7字節(jié)的唯一標(biāo)識(shí)符（UID）唯一標(biāo)識(shí)，包括1字節(jié)的IC制造商代碼（意法半導(dǎo)體為0x02）、1字節(jié)的產(chǎn)品代碼和5字節(jié)的設(shè)備編號(hào)。

9.2 最大額定值

操作設(shè)備時(shí)需注意各項(xiàng)參數(shù)的最大額定值，如環(huán)境工作溫度、存儲(chǔ)溫度、引腳電壓和電流等，超過(guò)這些值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

9.3 參數(shù)特性

文檔詳細(xì)列出了 $I^{2}C$ 模式和RF模式下的直流和交流參數(shù)，包括工作條件、輸入輸出參數(shù)、電容、電流、電壓和時(shí)序等，設(shè)計(jì)時(shí)需確保電路的工作條件與測(cè)量條件匹配。

9.4 封裝信息

M24SR16 - Y提供SO8N、TSSOP8和UFDFPN8三種ECOPACK?封裝，文檔給出了每種封裝的尺寸、機(jī)械數(shù)據(jù)和推薦的焊盤(pán)布局。

十、總結(jié)

M24SR16 - Y作為一款功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具有雙接口、大容量存儲(chǔ)、多種安全保護(hù)機(jī)制和豐富的命令集等特點(diǎn)。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，需深入了解其工作模式、通信機(jī)制、內(nèi)存管理和功能流程等方面的特性，合理運(yùn)用各項(xiàng)功能，以確保產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，要嚴(yán)格遵守設(shè)備的最大額定值和參數(shù)要求，避免因操作不當(dāng)而損壞設(shè)備。希望本文能為工程師們?cè)谑褂肕24SR16 - Y進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。