基于ST ST25R3916-AQWT的電動車NFC讀卡方案

NFC簡介

近場通信(NFC)是一種用于提供短程無線通信的技術，在電子設備之間進行雙向交互的連接。NFC是RFID(射頻識別)的一種風格，但它還有一個特定的集合，確保nfc設備的互操作性的標準。NFC標準確定操作環境和數據格式、傳輸速率、調制等。

NFC在兩個NFC器件之間使用感應耦合，并采用電磁方式工作，設備在13.56 MHz（無線電頻譜的高頻部分的一個無許可證分配）工作。一個NFC設備可以從另一個NFC設備產生的磁場中吸取能量。這使一些NFC器件被免除電源和采取微小物體的形式，如標簽，貼紙，鑰匙扣或卡片。

廣義NFC： Near Field Communication, 基于13.56MHz載波的無線通信技術， 廣泛應用于工業、醫療、物流、身份證、金融卡等領域。

窄義NFC： NFC forum (www.nfc-forum.org) 定義的RF設備及應用，適用于無線傳輸、數據交換、防偽、復雜無線網絡的配對/ 組網（如藍牙配對/加入wifi網絡）等領域。

NFC工作模式

· 讀寫模式：

在讀/寫模式下通信的NFC設備讀數據或寫數據到一個NFC對象。然后，它可以根據從對象讀取的信息采取行動。

· 卡模擬：

在這種模式下，NFC設備表現為標準的非接觸智能卡。這允許它與現有的非接觸式智能卡基礎設施一起使用，用于諸如訪問等操作控制，非接觸式支付，固件交換或數據傳輸。NFC設備模擬智能卡通常在無源NFC模式下工作，數據傳輸是安全的。

· P2P：

在點對點(P2P)模式中，支持nfc的設備以活動模式運行。其中的一個設備啟動一個通信鏈路。一旦建立了連接，設備就會與其中一個進行對話。另一種選擇是應用先聽后說的規則進行數據交換，通信比其他通信方式更快，因此可以交換的數據量更大。

NFC標準

NFC論壇定義了四種NFC標簽。另外的第五種類型是與NFC- v技術相關，尚未部分NFC論壇規范。

NFC的工作原理

1. 讀卡器天線產生電磁場為標簽提供能量。

2. 通信由讀卡器發起，調制載波向標簽發送命令。

3. 標簽通過反向散射(backscattering)響應讀卡器的命令。

磁場的產生與分布

NFC能量的傳遞與捕獲：變化的電流通過讀卡器天線產生變化的磁場；處于變化磁場中的標簽天線兩端產生感應電壓， 為標簽供電。

讀卡器發起的Request：

1、讀卡器控制輸出電流產生變化的磁場，調制request。

2、標簽天線捕獲感應磁場信號，解調request。

標簽響應讀卡器的Response：

· 通過改變芯片內部阻抗，標簽調制流入標簽天線的電流而改變磁場，形成反向散射 (backscattering)。

· 讀卡器芯片檢測到讀卡器天線感應電壓的變化，從中解碼標簽的Response。

示波器波形：

方案方塊圖

讀卡器開發設計流程

第 1 步. 定義 NFC 設備參數 · 目標產品 ： POS 機（ 95HF 系列不適 EMVCo 認證應用），通用 NFC 讀卡器等 · 合理的近場通信距離需求 (通常<10cm) · 有效的讀卡器天線尺寸與形狀 · NFC 設備機械結構 (讀卡器或標簽天線附近是否有金屬屏蔽，如 PCB 覆銅，鋰電池，金屬外殼等) · 讀寫標簽的類型 (ISO15693, ISO14443, ISO18092， Felica 等) · 工作模式（ Reader 模式， Card Emulation 模式， P2P 模式） · 讀寫標簽的尺寸形狀 · 其他需求(如標簽能量傳輸功能，多卡操作等)

第 2 步. 采用 ST reader （ ST25R3916-DISCO或ST25R3916-EMVCO）評估要操作的 NFC 標簽/卡片 通信距離，搭建產品原型。

第 3 步. 讀卡器天線設計, 單面 PCB 天線在線設計工具 eDesignSuite

鏈接：https://eds.st.com/antenna/#/

第 4 步. RF 電路部分原理圖與 PCB layout 設計，請參考 Nucelo 擴展板（X-NUCLEO-NFC06A1），詳見附件。

第 5 步. PCB 加工。

第 6 步. 基于 ST 阻抗匹配工具和網絡分析儀 VNA (或阻抗分析儀)調整射頻電路阻抗匹配，匹配工具如下：

下載鏈接：

https://my.st.com/content/my_st_com/en/products/embedded-software/st25-nfc-rfid-software/stsw-st25r004.license=1595227079645.product=STSW-ST25R004.version=3.1.0.html

第 7 步. 系統集成、 MCU 固件/協議開發。 請根據所開發的讀卡器是否連接 PC 來選擇參考 Discovery 板或 Nucleo 擴展板源代碼。

參考軟件包鏈接：

https://www.st.com/content/st_com/en/products/ecosystems/stm32-open-development-environment/stm32-nucleo-expansion-boards/stm32-ode-connect-hw/x-nucleo-nfc06a1.html#tools-software

? 場景應用圖

? 產品實體圖

? 展示版照片

? 方案方塊圖

? 核心技術優勢

? 動態功率輸出(DPO)控制場強保持在給定的范圍內

? 主動波整形(AWS)減少過芽和欠芽

? 噪音抑制接收機允許在噪音環境下接收信號

? 通過可變電容自動天線調諧(AAT)

? 集成EMVCo 3.0兼容EMD處理

? 自動增益控制和壓制特性，最大限度地提高信噪比

? 低功率電容和感應卡檢測

? 低功耗NFC有源和無源目標模式

? 可調的問調制深度，從5到40%

? 集成監管機構，以提高系統PSRR

? AM/PM和I/Q解調器與基帶通道和或自動通道選擇

? 可能驅動兩個獨立的單端天線

? 天線電壓振幅和相位的測量，RSSI，片上電源和調節電壓

? 方案規格

? 車載NFC讀卡器IC: ST25R3916

? 47毫米x 34毫米，四圈，13.56 MHz的電感天線蝕刻在PCB和相關調諧電路上

? ISO 18092被動和主動發起者，ISO 18092被動和主動目標

? NFC-A和nfc卡仿真

? ISO 14443A和ISO14443B

? ISO 15693

? 差動天線輸出功率可達1.7 W

? 在單端配置中驅動兩個天線的可能性

? 感應喚醒和電容喚醒

? 天線自動調諧系統