NFC的架構與規范

近年來(lái)由于手機的功能與普及度快速的成長(cháng)，使早期的電子錢(qián)包有了推廣的機會(huì )點(diǎn)。NFC的演進(jìn)取自于RFID的特定頻段，由于手機的市場(chǎng)應用使的NFC可在較快的時(shí)間點(diǎn)取得標準接口與平臺，本文將針對NFC的架構與規范做討論。

　　NFC應用

　　電子付費系統中，目前應用于手機系統上最完整的解決方案是以NFC(near field communication)為主，市場(chǎng)上也已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品流通著(zhù)，如NOKIA3220、Samsung SGH-X700、VISA WAVE及臺北捷運優(yōu)游卡等，皆是兼容于NFC系統。除了個(gè)人識別與電子付費系統外，NFC也在數據傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，例如：電子海報的數據下載(包括入場(chǎng)卷、會(huì )展信息)。此外，NFC還可以作為藍牙設備配對及輸入密碼的簡(jiǎn)化功能，若是使用者具有負載NFC的藍牙設備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍牙設備，如此即可不需要透過(guò)藍牙搜尋及輸入密碼的配對過(guò)程即可快速連結。目前韓國、中國及歐美已經(jīng)在電信業(yè)者、芯片商與手機制造商的合作下于公交付費系統中進(jìn)行多次的驗證，預期NFC將有快速的成長(cháng)。

　　NFC架構

　　NFC的操作頻率為13.56MHz，而操作距離約為10cm之內;而NFC的規范制定取至于RFID 13.56MHz的頻段，早期運用此頻段包括Philips MiFARE(ISO 1443A)、ISO 1443B、ISO15693、ISO18000-3及Sony Felica。由于非接觸卡應用于個(gè)人數據識別或電子付費系統中強調于安全機制，而近乎于貼近卡片閱讀器系統的近場(chǎng)通信及是將13.56MHz中短距系統的部分加以整合，所以最后市場(chǎng)上所見(jiàn)的即為Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica，早期這兩家系統各自發(fā)展互不兼容，直到近年才將兩種規格合并并制定了NFC規范ECMA340/ISO18092(NFCIP1，NFC Interface and protocol 1)。此規范相容于現有Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica。

　　NFC工作頻率為13.56MHz、ASK調變，傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種，通信模式可分為主動(dòng)模式與被動(dòng)模式，主動(dòng)模式是指發(fā)起設備(initiator)與目標設備(target)皆可自身電源供應產(chǎn)生RF field，而被動(dòng)模式下則是發(fā)起設備自身供應電源產(chǎn)生RF field;而目標設備則利用全波整流線(xiàn)路將發(fā)起端的RF field之能量轉換為DC來(lái)供應自己的電源。值得一提的是，在被動(dòng)模式下為了要滿(mǎn)足省電的要求所以采用了負載調變(Load modulation)的方式，此調變方式可以達到省電的效果。

　　在使用上因為NFC的使用通常會(huì )遇到使用尖峰時(shí)期，會(huì )了避免不同的發(fā)起端或目標端同時(shí)溝通造成數據鏈路錯誤，所以NFC采用了一種機制listen before talk。此機制會(huì )讓當發(fā)起端設備要發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號前，先偵測外界磁場(chǎng)強度來(lái)判斷是否有其它的設備正在溝通中，這種機制的實(shí)現稱(chēng)為RF Collision Avoidance (RFCA)，其動(dòng)作行為是在每次發(fā)起端發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號時(shí)會(huì )偵測外界磁場(chǎng)，當磁場(chǎng)強度超過(guò)門(mén)坎強度時(shí)(Hthreshold=0.1875A/m)則會(huì )停止詢(xún)問(wèn)，直至外界強度降至門(mén)坎值以下。若是低于臨界值才會(huì )開(kāi)始發(fā)出詢(xún)問(wèn)指令，偵測的時(shí)間為T(mén)IDT+nTRFW，n為0～3的機率取樣：TRFW=512/fc(RF waiting time)，TIDT>4096/fc(initial delay time)。當發(fā)起設備在TIDT+nTRFW內沒(méi)有偵測到超過(guò)門(mén)坎強度的磁場(chǎng)，則會(huì )先發(fā)射TIRFG的未調變RF field之后再發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號，其中TIRFG必須大于5ms。

　　NFC規范調變

　　在此將針對NFC RF interface做敘述，首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩種標準，EMCA340中敘述NFC相關(guān)協(xié)議，這里先引入數據封標作討論，NFC數據分包分為兩種類(lèi)型，一為106kpbs、一為212/424kbps。

　　由于NFC 106kbps為100% ASK調變，所以對整個(gè)High/Low信號的封包結構都有相當詳細的定義。其中幾個(gè)參數包括從100%下降到5% Am時(shí)間(t1)、5% Am持續時(shí)間(t2)、Am由5%上升至60%時(shí)間(t4)即overshoot 的范圍。而212/424kbps則是8%～30%的調變率。

　　RF測試kit

　　1. Calibration coil：coil的功能在于驗證測試過(guò)程中，待測物所發(fā)射出的信號是否為正確的強度與調變。此Coil為一簡(jiǎn)單的天線(xiàn)架構，當然EMCA也詳細的規定了所有的尺寸，由此coil所測出的值為0.32V (RMS)=1A/m(磁場(chǎng)強度)。

　　2. Field Generating Antenna：kit用于磁場(chǎng)的發(fā)射，圖中還包含了一組天線(xiàn)匹配線(xiàn)路。

　　3. Sense coil：sense coil用于量測待測物的磁場(chǎng)強度與調變。

　　4. Reference device：reference device用于測試DUT的標準件。