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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)NFC的想法
NFC最常見(jiàn)的用途之一是帶外憑據(jù)共享。為了共享WiFi憑據(jù)，用戶可能已經(jīng)擁有適當(dāng)配置為其家庭WiFi網(wǎng)絡(luò)的支持NFC的智能手機(jī)。通過(guò)NFC，他們可以與訪問(wèn)者共享憑據(jù)和SSID，而無(wú)需鍵入復(fù)雜的字母數(shù)字密碼或進(jìn)入他們塵土飛揚(yáng)的路由器后面以讀取標(biāo)簽。
第一次通電時(shí)，許多廉價(jià)的WiFi設(shè)備的行為就像WiFi接入點(diǎn)。如果要構(gòu)建連接WiFi的設(shè)備，則還可以充當(dāng)訪問(wèn)點(diǎn)以允許設(shè)備的初始配置。不幸的是，此功能不能很好地被智能手機(jī)操作系統(tǒng)接受，因?yàn)樵撛O(shè)備無(wú)法提供互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)，并且與現(xiàn)代路由器相比，它顯得不安全。最近，我不得不為此奮斗，設(shè)置了機(jī)器人吸塵器。
NFC還可以用于為音頻設(shè)備配置藍(lán)牙連接，使用戶可以僅使用一個(gè)“ tap”（而不是：
在智能手機(jī)上啟用藍(lán)牙
打開設(shè)備電源
在設(shè)備上啟用配對(duì)
打開設(shè)置
等待藍(lán)牙掃描并找到設(shè)備
配對(duì)設(shè)備
NFC消除了手動(dòng)輸入WiFi憑據(jù)所帶來(lái)的復(fù)雜性，減少了錯(cuò)誤，改善了用戶體驗(yàn)，并且無(wú)需重置設(shè)備即可輕松進(jìn)行重新配置。第一次開始使用您的設(shè)備時(shí)，用戶體驗(yàn)的改善可能會(huì)給您留下良好的第一印象。
具有WiFi功能的應(yīng)用程序通常需要相當(dāng)多的計(jì)算能力。因此，Realtek的RTL8195AM可能非常適合，它具有ARM?Cortex?-M3 CPU和集成的WiFi和NFC。
諸如Nordic Semiconductors nRF52832，NXP的QN9090和QN9030之類的眾多藍(lán)牙SoC具有集成的NFC。
固定安裝的直觀設(shè)備調(diào)試
通過(guò)網(wǎng)狀協(xié)議（例如ZigBee或Bluetooth
Mesh）進(jìn)行通信的許多設(shè)備可能需要更高一級(jí)配置才能加入網(wǎng)絡(luò)。接觸隱藏的按鈕或安裝在墻壁上的電源循環(huán)設(shè)備，例如開關(guān)，夜燈和PIR傳感器，可能會(huì)有些麻煩，尤其是如果我們想在第一次采用后對(duì)其進(jìn)行重新配置。
在電工實(shí)際安裝此類設(shè)備后，可以將NFC用于測(cè)試和配置，而不會(huì)在早期部署階段不必要地引入復(fù)雜性。通過(guò)與設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信以執(zhí)行配置和診斷，而無(wú)需使用板載相對(duì)昂貴的IC的潛在不安全協(xié)議，您可以節(jié)省安裝成本，而不會(huì)損害設(shè)備的安全性或?qū)嵸|(zhì)上增加材料清單的成本。
對(duì)于此類應(yīng)用，意法半導(dǎo)體ST25DV-I2C憑借其易用性，低成本和直觀的I2C界面可能是一個(gè)理想的選擇。
仍然打包時(shí)配置無(wú)電設(shè)備
制造后配置設(shè)備通常需要提供有線調(diào)試連接或臨時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
NFC允許在仍處于包裝狀態(tài)時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品配置。例如，您可以直接在銷售點(diǎn)預(yù)先配置帶有用戶名的高端電子禮物。
根據(jù)其銷售國(guó)家/地區(qū)，需要不同配置的電子設(shè)備（例如，無(wú)線電通信設(shè)備）可以在包裝和質(zhì)量檢查之后配置。這樣，您無(wú)需為每個(gè)目的地國(guó)家都保留單獨(dú)的庫(kù)存，而只需要一種產(chǎn)品：在后一刻對(duì)其進(jìn)行配置，在其上添加標(biāo)簽，然后將其運(yùn)送給客戶或分銷商。這樣可以將即時(shí)生產(chǎn)和庫(kù)存庫(kù)存混合在一起，既可以節(jié)省大量資金，又可以快速運(yùn)送到任何地區(qū)。
該概念也可以與上述思想結(jié)合。它允許對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)配置，而無(wú)需進(jìn)行任何不必要的處理，然后再將其運(yùn)送到安裝現(xiàn)場(chǎng)，從而節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師的訪問(wèn)時(shí)間。
支持雙端口存儲(chǔ)器操作的廣泛IC包括NXP的NT3H2111和STMicroelectronics ST25DV-I2C。
無(wú)線可編程修剪器
隨時(shí)間流逝出現(xiàn)不必要漂移或生產(chǎn)/供應(yīng)變化的模擬組件可能會(huì)在批量生產(chǎn)中極度受挫。該解決方案一直將組件的使用限制在產(chǎn)品的特定子組件中，構(gòu)建自定義夾具以提供電源，測(cè)試并隨后重新校準(zhǔn)產(chǎn)品。
一些制造商的NFC標(biāo)簽IC提供多達(dá)兩個(gè)可編程PWM輸出。通過(guò)添加幾個(gè)無(wú)源組件，PWM輸出可以輕松轉(zhuǎn)換為模擬輸出。
照明行業(yè)廣泛采用以優(yōu)化和補(bǔ)償LED模塊中的各種參數(shù)，從而降低了具有此功能的IC的價(jià)格?？梢钥焖俨捎?span lang="EN-US">PWM輸出來(lái)補(bǔ)償模擬組件中的漂移或差異。另外，如果通信端口不足，可以通過(guò)使用MCU中的ADC通道而不是I2C或SPI通信來(lái)使用這些功能來(lái)編程基本產(chǎn)品功能。
提供PWM輸出的NFC標(biāo)簽示例包括STMicroelectronics ST25DV-PWM和NXP的NTP5210，前者在448Hz時(shí)提供高達(dá)15位的分辨率。
增強(qiáng)的設(shè)備支持/故障排除
許多嵌入式設(shè)備會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤代碼，大多數(shù)產(chǎn)品具有正確實(shí)現(xiàn)的自診斷功能，但顯示復(fù)雜消息的內(nèi)存和用戶界面空間有限，因此無(wú)法向用戶提供多少信息。
在被扔掉或長(zhǎng)期遺忘在地下室的手冊(cè)中查找錯(cuò)誤代碼始終是不切實(shí)際且令人討厭的。由于產(chǎn)品故障，這只會(huì)使用戶可能已經(jīng)感到沮喪。
通過(guò)動(dòng)態(tài)生成NDEF記錄，可以使用NFC將用戶指向特定的網(wǎng)頁(yè)（或應(yīng)用程序內(nèi)容），例如http://support.company.com/product/error123。
彈出錯(cuò)誤代碼時(shí)，還可以自動(dòng)顯示其他內(nèi)容，例如支持電子郵件地址，網(wǎng)站或電話號(hào)碼。通過(guò)在設(shè)備上輕按智能手機(jī)來(lái)幫助用戶處理錯(cuò)誤，您可以節(jié)省支持成本并提高用戶保留率。
假設(shè)您的產(chǎn)品具有用于讀取代碼的內(nèi)部調(diào)試接口，則可以使用NXP的LPC8N04實(shí)施將這些代碼轉(zhuǎn)換為可讀URL所需的適度邏輯。
經(jīng)濟(jì)高效的無(wú)線電源
由于無(wú)法滿足EMC兼容性認(rèn)證要求的風(fēng)險(xiǎn)，在許多項(xiàng)目中實(shí)施臨時(shí)無(wú)線功率傳輸技術(shù)可能不可行。
NFC是目前僅使用廣泛采用的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)亞瓦特?zé)o線能量傳輸?shù)谋阋?，最?jiǎn)單的方法。
知名度不高的制造商Silicon Craft的SIC4310具有高達(dá)10mA和3.3V的輸出，非常適合此類應(yīng)用。
與旋轉(zhuǎn)設(shè)備通訊
想象以下情形：您有一個(gè)固定的設(shè)備，帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的主體，上面裝有一個(gè)設(shè)備。假設(shè)您要從固定側(cè)與設(shè)備旋轉(zhuǎn)組件上的設(shè)備進(jìn)行通信。
例如，您想將傳感器放置在起重機(jī)或工業(yè)設(shè)備上。機(jī)電接口在一定條件下無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，并且振動(dòng)和工業(yè)環(huán)境條件會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械接口的使用壽命。如果您試圖在沒(méi)有電源的情況下傳輸數(shù)據(jù)，那么任何旋轉(zhuǎn)的觸點(diǎn)都會(huì)引入很多虛假信號(hào)。
使用某種形式的無(wú)線電通信似乎是好的主意，類似于安裝在汽車輪胎上的壓力傳感器如何與車載計(jì)算機(jī)通信。
NFC協(xié)議非常適合此應(yīng)用：NFC天線可以設(shè)計(jì)成螺旋形，在旋轉(zhuǎn)軸上具有幾乎完美的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。如果傳感器或設(shè)備的耗電量有限，則使用上面的無(wú)線電源概念還可以使傳感器/設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而無(wú)需更換電池或?yàn)殡姵爻潆姟?span lang="EN-US">
恩智浦半導(dǎo)體提供了一個(gè)涵蓋這種精確場(chǎng)景的開發(fā)套件PN5180。
通過(guò)防水屏障進(jìn)行通訊
在連接器周圍進(jìn)行防水密封非常困難，尤其是在產(chǎn)品暴露于鹽水，大量紫外線輻射會(huì)干燥和損壞O形圈的情況下，并且如果必須為連接提供電源，則增加了電化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)損傷。NFC不受此類問(wèn)題的影響，并且NFC天線可以很容易地隱藏在密封的塑料墻后面或嵌入硅樹脂或環(huán)氧樹脂灌封中。
進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明這一想法，NFC可用于有效地通過(guò)少量水進(jìn)行通信。我們使用的大多數(shù)物理通信層都受到水的負(fù)面影響。由于連接器很難充分防水，因此使用電勢(shì)進(jìn)行通訊會(huì)使產(chǎn)品容易受到腐蝕，電化學(xué)作用和水的滲透。可見(jiàn)光或紅外光用于通訊幾乎總是不可行的，因?yàn)楣鈺?huì)被水散射并吸收，即使并非所有頻率的光都被均等地吸收。射頻場(chǎng)被吸收，而電場(chǎng)被屏蔽在鹽水中。之所以存在2.4Ghz ISM頻段，是因?yàn)樗谖⒉t中加熱食物中的水的有效性，因此存在WiFi和藍(lán)牙。聲波
NFC基于磁感應(yīng)，因此可通過(guò)多種介質(zhì)（包括適量的水）發(fā)揮出色的性能。
暴露在這些元素下的產(chǎn)品（尤其是密封的產(chǎn)品）不太可能接受維護(hù)，并且經(jīng)常被設(shè)計(jì)為易于安裝和遺忘。用作內(nèi)存存儲(chǔ)的NFC標(biāo)簽很可能會(huì)使產(chǎn)品壽命更長(zhǎng)，可以在事后訪問(wèn)進(jìn)行訪問(wèn)以進(jìn)行診斷和故障分析。
NFC克服非空氣介質(zhì)的能力必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試；僅查找材料的導(dǎo)磁率是一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)?span lang="EN-US">RF場(chǎng)是動(dòng)態(tài)的（在13.56MHz處）而不是靜態(tài)的。恩智浦NTA5332 IC具有有源負(fù)載調(diào)制功能，該功能主要用于提高物理層的性能，從而允許使用更小的天線。這也可以補(bǔ)償小于理想條件下的信號(hào)衰減。
惡劣環(huán)境/防爆設(shè)備的通訊
某些設(shè)備必須能夠抵抗高沖擊和高溫。NFC標(biāo)簽可在廣泛的工業(yè)溫度范圍內(nèi)使用，并且可以輕松嵌入環(huán)氧樹脂或硅樹脂中。
由于沒(méi)有連接器會(huì)引起靜電電弧，因此NFC非常適合用于可能存在易燃?xì)怏w的防爆設(shè)計(jì)。
NFC標(biāo)簽可以通過(guò)一層鐵氧體直接放在金屬上；通常，這些標(biāo)簽采用防金屬標(biāo)簽或金屬標(biāo)簽的名稱。在遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線通信難以穿透完全密封的金屬外殼的情況下，NFC的磁耦合可以繼續(xù)工作。
工業(yè)應(yīng)用可能會(huì)發(fā)現(xiàn)意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的ST25DV系列是理想的選擇，溫度范圍為-40°C至85°C，在125°C的溫度下最多可寫入400k
EEPROM。
診斷和配置界面
產(chǎn)品通常具有一個(gè)供用戶使用的主界面和一個(gè)用于調(diào)試和維護(hù)的輔助界面。后者應(yīng)盡量遠(yuǎn)離用戶。輔助接口可以通過(guò)UART，隱藏的Web API，telnet或SSH連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)現(xiàn)此類功能的所有便宜的方法都需要在產(chǎn)品內(nèi)部放置專用連接。出于診斷目的，必須打開或拆卸設(shè)備才能訪問(wèn)輔助通信接口可能會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間。將診斷或配置與用戶可訪問(wèn)的連接混合使用會(huì)提供潛在的安全漏洞。
可以使用NFC來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的診斷界面，并且無(wú)需打開產(chǎn)品即可對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。該接口可以輕松地受到密碼或加密密鑰的保護(hù)，并且可以通過(guò)NDEF記錄公開所有相關(guān)的可配置參數(shù)。
在為數(shù)不多的實(shí)現(xiàn)安全功能的相關(guān)IC中，我們可以注意到NXP的NTA5332，因?yàn)樗鼘?duì)電子工程師極為友好并支持AES加密標(biāo)準(zhǔn)。許多IC都采用類似的措施，但其中許多更適合于智能卡。
與傳感器互動(dòng)
許多傳感器僅需要有限的電源和網(wǎng)絡(luò)連接，每周或每月收集一次數(shù)據(jù)。對(duì)于此類設(shè)備，操作員點(diǎn)擊啟用NFC的傳感器可能是最方便的選擇。這可能與通過(guò)設(shè)施分布的日常檢查清單的一部分的傳感器特別相關(guān)，從而允許自動(dòng)輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)仍然需要人工檢查設(shè)備/傳感器。
AMS的SL13A IC是專門為此角色設(shè)計(jì)的，它采用10位ADC以及高達(dá)3.4V和4mA的輸出功率傳感器和外部電路。如果與薄電池耦合，則這種IC對(duì)于環(huán)境數(shù)據(jù)記錄特別有用。
固件更新
實(shí)施固件更新非常困難。通過(guò)采用諸如LPC8N04之類的NFC SoC，您可以引入一種低成本且廣泛兼容的方式來(lái)執(zhí)行固件更新，技術(shù)人員和最終用戶都可以通過(guò)智能手機(jī)應(yīng)用程序采用這種方式進(jìn)行固件更新。
恩智浦LPC8N04的功率收集功能還可以幫助在自動(dòng)重啟后的系統(tǒng)中實(shí)施固件更新，因?yàn)?span lang="EN-US">NFC SoC仍將由RF場(chǎng)供電。
更加自給自足的設(shè)計(jì)可以利用EM Microelectronics NF4極高的數(shù)據(jù)速率和64KB的內(nèi)存。
您如何使用NFC？
如您所見(jiàn)，NFC的用途廣泛，從實(shí)施到技術(shù)支持，以及在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中進(jìn)行通信。
過(guò)去，在惡劣的環(huán)境中（爆炸性和腐蝕性蒸氣，高溫或劇烈振動(dòng)使傳統(tǒng)連接器的設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性），我已經(jīng)建立了精心設(shè)計(jì)的通信方式?；谶h(yuǎn)場(chǎng)輻射的協(xié)議（例如WiFi或藍(lán)牙）由于外殼或安全性要求而不合適或沒(méi)有能力。NFC將為這些項(xiàng)目解決許多問(wèn)題；但是，必須提供或設(shè)計(jì)專門的閱讀器會(huì)破壞許多好處。
隨著NFC閱讀器在現(xiàn)代智能手機(jī)中的普及以及智能手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)的便捷性，NFC現(xiàn)在已成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的可行選擇。它的多功能性帶來(lái)了廣泛的激動(dòng)人心的可能性，這些可能性以前是不可能實(shí)現(xiàn)的，或者實(shí)施起來(lái)成本很高。