為何RFID加EEPROM等于更簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)沒(méi)有表現出短暫流行的跡象，預計十年內將會(huì )有規律地出現越來(lái)越多相互聯(lián)接的事物。這不足為奇，因為我們不斷想象尋找利用技術(shù)去做事的新方法，并開(kāi)發(fā)新舊技術(shù)的全新應用。而每個(gè)新應用都會(huì )向網(wǎng)絡(luò )添加許多端點(diǎn)，使IoT日益變大。

該趨勢從目前在使用的、在大部分RF頻譜中運行的不同無(wú)線(xiàn)技術(shù)的激增可見(jiàn)一斑。它們大多包含在工業(yè)、科學(xué)和醫療(ISM)定義下的免授權頻段，通常僅排除可能歸為電信的應用。

讓生活更舒適

涉及的大量IoT端點(diǎn)，即使不是數千億，也可能高達數百億，使調試和維護環(huán)節面臨著(zhù)挑戰。假設我們不是為下一代創(chuàng )造了一個(gè)巨大的廢物管理問(wèn)題，這些設備都將運行多年，因此在設計時(shí)需要適當地考慮維護和維修。

使這一后勤問(wèn)題復雜化的是許多IoT端點(diǎn)成本非常低，其所提供的維護水平可能不支持相對較高的現場(chǎng)維護成本?；A設施的成本也必須盡可能地降低，因此采用免授權的無(wú)線(xiàn)方案。

甚至相對較小的工廠(chǎng)也可能很快會(huì )有成千上萬(wàn)的IoT端點(diǎn)，因此不難理解為什么網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已成為首選的局域網(wǎng)拓撲。它支持遠程監視和維護每臺設備，還提供網(wǎng)絡(luò )中一定程度的冗余，因為網(wǎng)狀拓撲能夠承受那些可能由無(wú)線(xiàn)電干擾引起的重大中斷或某些端點(diǎn)的總故障。

IoT中另一種流行的拓撲，尤其針對位于遠程區域的傳感器，是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）采用的星型網(wǎng)絡(luò )。這些網(wǎng)絡(luò )優(yōu)先考慮范圍和低功耗而非有效載荷，通常支持非常短的傳輸而不是長(cháng)距離傳輸，可能僅限每天傳輸一次。因此，它們通常最適用于不受延遲影響的工作數據。

網(wǎng)絡(luò )拓撲的選擇幾乎將完全取決于應用，盡管端點(diǎn)的財務(wù)成本可能相對較低，但其可能提供很重要的數據。一些分析師估計，LPWAN的價(jià)值將在短短幾年內達500億美元，該數字基于設備及其提供的服務(wù)的總價(jià)值。

當現場(chǎng)端點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，幾乎不可避免地需要對其進(jìn)行修復。如果不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程進(jìn)行，則需要出車(chē)維修，這需要維修工程師前往現場(chǎng)并盡可能快而高效地解決問(wèn)題。

一旦到達現場(chǎng)，問(wèn)題可能會(huì )增加，因為很有可能端點(diǎn)無(wú)法通過(guò)物理或電子方式訪(fǎng)問(wèn)。即使端點(diǎn)易于訪(fǎng)問(wèn)，工程師可能也很難弄清為何它無(wú)法正常工作，因為端點(diǎn)的設計可能基于單個(gè)系統單芯片（SoC）。目前的集成度使這種情況變得越來(lái)越普遍。

針對IoT的兩個(gè)‘E’

電子行業(yè)服務(wù)的所有領(lǐng)域都在本地存儲有關(guān)設備活動(dòng)的數據，這比物聯(lián)網(wǎng)存在的時(shí)間更久。利用非易失性存儲器記錄數據已被確立為記錄關(guān)鍵系統信息的一種有效方案。存儲在非易失性存儲器中的數據可讓您深入地了解設備的運行方式及其為何會(huì )停止工作。它們還被廣泛用于存儲功能參數、校準數據，以及可能需要定期更新、在斷電時(shí)卻可保留的其他類(lèi)型信息。

這種活動(dòng)對基本的存儲技術(shù)產(chǎn)生了巨大的壓力，因為它要求極端的耐久性，且高于某些流行的存儲器（例如閃存）所提供的耐久性。因此，優(yōu)選的技術(shù)是EEPROM。

在某些應用中，在正常工作期間連續寫(xiě)入EEPROM并不少見(jiàn)，這推動(dòng)了對可承受數百萬(wàn)次讀寫(xiě)周期而不會(huì )出現故障的存儲技術(shù)的需求。這不包括可能僅能支持100,000個(gè)周期或更少的編程和擦除持久性的其他類(lèi)型的存儲器。

現在，通過(guò)在單個(gè)器件中集成EEPROM存儲和RFID聯(lián)接，即使出現電源故障或完全斷電的情況，工程師也可以通過(guò)設計IoT端點(diǎn)，使其存儲工作數據并與服務(wù)工程師通信。這呈現了服務(wù)和維護的全新范例，并且完全適用于IoT（見(jiàn)圖1）。

圖1：將支持RFID的EEPROM添加到IoT端點(diǎn)，將為幾十億臺設備的調試、維修和維護提供一個(gè)新的維度

也許更重要的是，所討論的方案將無(wú)線(xiàn)聯(lián)接的操作距離從不到10厘米（這是無(wú)源RFID的典型值）擴展達150厘米。這確切地將無(wú)源RFID在IoT中的應用提高到新的維度。即使系統沒(méi)有上電，也能使用RFID在1.5m的距離上讀寫(xiě)數據到EEPROM，將幫助工程師在部署現場(chǎng)之后，更經(jīng)濟高效地調試、維護、維修和修復端點(diǎn)。

獨特的方案

安森美半導體開(kāi)發(fā)的N24RF系列RF EEPROM集成了一個(gè)符合ISO 15693 / ISO 18000-3 Mode 1標準的RF收發(fā)器，以及4、16或64 kbit的EEPROM存儲器，采用8引腳SOIC或TSSOP封裝。它提供200萬(wàn)次編程、擦除周期，具有200年的數據保留能力，且可在-40至+ 105°C的溫度范圍內工作。

該器件使用無(wú)源RFID，因此不依賴(lài)外部電源。取而代之的是，它的所有電力都在連接到一個(gè)外部線(xiàn)圈天線(xiàn)時(shí)獲得。該器件被歸類(lèi)為高頻（HF）RFID，在13.56 MHz的載波頻率下運行，使其能夠以低速（1.65 kbit / s）和高速（26.48 kbit / s）與RFID讀卡器進(jìn)行通信，最高可達53 kbit / s的快速指令。它是無(wú)源RFID實(shí)施的獨特方法，可在1.5m的距離內實(shí)現這一目標。

即使電路的其余部分斷電或出現故障，使用無(wú)源RFID也可以詢(xún)問(wèn)IoT端點(diǎn)以恢復故障后的重要數據記錄。它還支持空中更新（OTA）校準或操作參數，同時(shí)端點(diǎn)仍在運行。芯片間通信使用I²C總線(xiàn)實(shí)施，主機處理器在正常操作期間能從該器件讀取和寫(xiě)入，從而使校準或操作參數能在現場(chǎng)更新而不中斷服務(wù)。

N24RFxx器件使用Reader Talks First（RTF）技術(shù)，當通過(guò)感應耦合施加電磁場(chǎng)時(shí)，該器件將被喚醒。它提供更廣的范圍，意味著(zhù)工程師能夠查詢(xún)可能難以接近的IoT端點(diǎn)例如燈具，僅需使用位于該燈具下方的RFID讀卡器就可實(shí)現。

安全特性包括64位唯一標識符（UID），以及支持多個(gè)32位密碼，并具有針對不同存儲扇區的鎖定功能。（在選定的器件中）另一個(gè)特性是電壓輸出引腳，可提供足夠的電能以支持單獨的超低功耗微控制器。

總結

在許多需要高耐久性和經(jīng)驗證的數據保留應用中，EEPROM廣泛用于數據記錄和參數存儲。通過(guò)添加RFID功能，可在1.5米的距離無(wú)線(xiàn)、安全地訪(fǎng)問(wèn)相同的數據，從而為IoT端點(diǎn)設計提供了一個(gè)新的維度。