基于M24SR64的双接口NFC电子标签设计

彭锐波

摘 要：传统的RFID/NFC电子标签技术已经很成熟，使用广泛，但普遍容量较低，不适合用于一些对数据储存量要求较大的应用场合，如环境监测数据和星历数据的装订等。M24SR64是意法半导体推出的新一代NFC电子标签芯片，文章通过研究该芯片的参数特性，设计一款大容量多用途RFID/NFC电子标签。

关键词：NFC；标签；RFID

引言

NFC（Near Field Communication）近场通信技术一种是由无线射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来的技术，是由索尼、飞利浦和诺基亚共同制定标准和研发的一种通信方式，NFC技术将电磁耦合式感应卡片和点对点等功能整合于单一的芯片上，能在10cm的距离内与兼容设备进行双向半双工的数据交换。NFC的工作频率为13.56MHz，数据传输速度有106kbit/秒、212kbit/秒、424kbit/秒以及848kbit/秒四种，NFC技术可用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据，应用非常广泛。

1 基于M24SR64的大容量NFC电子标签设计

M24SR64是意法半导体推出的动态NFC/RFID标签集成电路，具有64-Kbit EEPROM，具有双接口，可通过I2C接口或13.56MHz RFID读卡器或NFC电话对其进行操作。I2C接口使用二线串行接口，包括双向数据线和时钟线。它在I2C协议中表现为从设备。RF协议与ISO/IEC 14443 A类和NFC论坛4类标签兼容，使用106kbit/秒数据传输速度，支持NFC数据交换格式（NDEF）和128位密码保护安全机制，具有7字节唯一标识符（UID），数据保存期限长达200年，EEPROM存储区的数据能擦写一百万次。该芯片提供三种封装选择SO8、TSSOP8、UFDFPN8。

正是由于M24SR64上述优势，此芯片非常适合用于设计低成本的大容量双接口NFC标签，经过选型和设计，选用UFDFPN8这种封装作为设计的RF芯片，芯片尺寸仅为2mm×3mm。因为需要通过I2C读取M24SR64的内部数据并上传给上传给上位机，所以该设计需要配备一个单片机作为主控芯片，经过选型，选用封装为UFQFPN28的STM32F031G4作为主控芯片，成本低，性能高，而且其大小仅为4mm×4mm。

该设计的电路主要包括：电源管理电路、单片机电路、M24SR64外围电路及天线。在使用I2C接口时，电源管理芯片将外部输入的5V电压转换为3.3V，供单片机、RS232芯片及M24SR64使用，在收到上位机相关指令时将从M24SR64的EEPROM中读取指定区域的数据，并且通过RS232上传给上位机使用，或者是把上位机通过RS232发送下来的数据写进M24SR64的EEPROM的指定区域中。

作为RFID/NFC标签使用时，不需要额外的电源供电，标签通过天线与RFID/NFC读写设备进行电磁耦合获取能量激活并且工作，RFID/NFC读写设备能对标签内部的64Kbit的储存空间进行数据的读取或写入的操作。由M24SR64的官方手册得知其内部的天线调谐电容为25pF，工作频率为13.56MHz，通过LC谐振公式f=■计算得出标签天线的电感值为5.5uH，同时由于M24SR64是基于ISO14443A协议进行RF通信的，其副载波频率为847k，标签数据的编码格式为曼彻斯特编码，对天线的带宽要求为2MHz，根据Q=f/B，得出标签天线的Q约为7，采用双面线圈技术，由此设计出来的标签天线大小为26×26mm。

2 双接口NFC标签的实物图及性能

按照上述思路设计标签，标签采用罗杰斯高频PCB板材，供电及RS232通信接口标准的2.54XH连接器，天线与主板采用1.0排针连接或者使用专用的馈线进行长距离连接，最终设计模块如图1所示，尺寸仅一枚一元硬币大小。实测性能，作为RFID/NFC标签使用时，使用基于NXP公司RC522的RFID读写模块，读取距离能达到5cm以上，写入距离在3cm以上，连续写入64Kbit数据的时间为7.73秒，连续读出64Kbit数据的时间为5.86秒。作为I2C储存器使用时，使用5V供电，连续写入64Kbit数据的时间为3.35秒，連续读出64Kbit数据的时间为1.86秒，而且电流仅为12mA。

3 结束语

由于使用了主控板与天线板分离设计的方式，天线板能配合特殊的铁氧体吸波材料，将天线板放置到金属材料上，通过专用的馈线连接主控板，从而成为抗金属的RFID/NFC标签，具有很广泛的实用价值。此款双接口NFC标签非常适合应用到智能生产的项目上及集成到各种移动设备中作为数据装订使用，并且已经申请了国家专利，在后续的研究中会以进一步提升其性能为方向，使其应用范围更加广阔。