基于ST ST25R3916-AQWT的电动车NFC读卡方案

作者：时间：2022-08-23来源：大联大收藏

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202208/437637.htm

近场通信(NFC)是一种用于提供短程无线通信的技术，在电子设备之间进行双向交互的连接。NFC是RFID(射频识别)的一种风格，但它还有一个特定的集合，确保nfc设备的互操作性的标准。NFC标准确定操作环境和数据格式、传输速率、调制等。

NFC在两个NFC器件之间使用感应耦合，并采用电磁方式工作，设备在13.56 MHz（无线电频谱的高频部分的一个无许可证分配）工作。一个NFC设备可以从另一个NFC设备产生的磁场中吸取能量。这使一些NFC器件被免除电源和采取微小物体的形式，如标签，贴纸，钥匙扣或卡片。

广义NFC： Near Field Communication, 基于13.56MHz载波的无线通信技术，广泛应用于工业、医疗、物流、身份证、金融卡等领域。

窄义NFC： NFC forum (www.nfc-forum.org) 定义的RF设备及应用，适用于无线传输、数据交换、防伪、复杂无线网络的配对/ 组网（如蓝牙配对/加入wifi网络）等领域。

NFC工作模式

· 读写模式：

在读/写模式下通信的NFC设备读数据或写数据到一个NFC对象。然后，它可以根据从对象读取的信息采取行动。

· 卡模拟：

在这种模式下，NFC设备表现为标准的非接触智能卡。这允许它与现有的非接触式智能卡基础设施一起使用，用于诸如访问等操作控制，非接触式支付，固件交换或数据传输。NFC设备模拟智能卡通常在无源NFC模式下工作，数据传输是安全的。

· P2P：

在点对点(P2P)模式中，支持nfc的设备以活动模式运行。其中的一个设备启动一个通信链路。一旦建立了连接，设备就会与其中一个进行对话。另一种选择是应用先听后说的规则进行数据交换，通信比其他通信方式更快，因此可以交换的数据量更大。

NFC标准

NFC论坛定义了四种NFC标签。另外的第五种类型是与NFC- v技术相关，尚未部分NFC论坛规范。

NFC的工作原理

1. 读卡器天线产生电磁场为标签提供能量。

2. 通信由读卡器发起，调制载波向标签发送命令。

3. 标签通过反向散射(backscattering)响应读卡器的命令。

磁场的产生与分布

NFC能量的传递与捕获：变化的电流通过读卡器天线产生变化的磁场；处于变化磁场中的标签天线两端产生感应电压，为标签供电。

读卡器发起的Request：

1、读卡器控制输出电流产生变化的磁场，调制request。

2、标签天线捕获感应磁场信号，解调request。

标签响应读卡器的Response：

· 通过改变芯片内部阻抗，标签调制流入标签天线的电流而改变磁场，形成反向散射 (backscattering)。

· 读卡器芯片检测到读卡器天线感应电压的变化，从中解码标签的Response。

示波器波形：

方案方块图

读卡器开发设计流程

第 1 步. 定义 NFC 设备参数 · 目标产品： POS 机（ 95HF 系列不适 EMVCo 认证应用），通用 NFC 读卡器等 · 合理的近场通信距离需求 (通常<10cm) · 有效的读卡器天线尺寸与形状 · NFC 设备机械结构 (读卡器或标签天线附近是否有金属屏蔽，如 PCB 覆铜，锂电池，金属外壳等) · 读写标签的类型 (ISO15693, ISO14443, ISO18092， Felica 等) · 工作模式（ Reader 模式， Card Emulation 模式， P2P 模式） · 读写标签的尺寸形状 · 其他需求(如标签能量传输功能，多卡操作等)

第 2 步. 采用 ST reader （ ST25R3916-DISCO或ST25R3916-EMVCO）评估要操作的 NFC 标签/卡片通信距离，搭建产品原型。

第 3 步. 读卡器天线设计, 单面 PCB 天线在线设计工具 eDesignSuite

链接：https://eds.st.com/antenna/#/

第 4 步. RF 电路部分原理图与 PCB layout 设计，请参考 Nucelo 扩展板（X-NUCLEO-NFC06A1），详见附件。

第 5 步. PCB 加工。

第 6 步. 基于 ST 阻抗匹配工具和网络分析仪 VNA (或阻抗分析仪)调整射频电路阻抗匹配，匹配工具如下：

下载链接：

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. 系统集成、 MCU 固件/协议开发。请根据所开发的读卡器是否连接 PC 来选择参考 Discovery 板或 Nucleo 扩展板源代码。

参考软件包链接：

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

► 场景应用图

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