近年來由于手機的功能與普及度快速的成長，使早期的電子錢包有了推廣的機會點。NFC的演進取自于RFID的特定頻段，由于手機的市場應(yīng)用使的NFC可在較快的時間點取得標(biāo)準(zhǔn)接口與平臺，本文將針對NFC的架構(gòu)與規(guī)范做討論。
NFC應(yīng)用
電子付費系統(tǒng)中，目前應(yīng)用于手機系統(tǒng)上最完整的解決方案是以NFC(near field communication)為主，市場上也已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品流通著，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(tǒng)。除了個人識別與電子付費系統(tǒng)外，NFC也在數(shù)據(jù)傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，例如：電子海報的數(shù)據(jù)下載(包括入場卷、會展信息)。此外，NFC還可以作為藍牙設(shè)備配對及輸入密碼的簡化功能，若是使用者具有負載NFC的藍牙設(shè)備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍牙設(shè)備，如此即可不需要透過藍牙搜尋及輸入密碼的配對過程即可快速連結(jié)。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(tǒng)中進行多次的驗證，預(yù)期NFC將有快速的成長。
NFC架構(gòu)
NFC的操作頻率為13.56MHz，而操作距離約為10cm之內(nèi);而NFC的規(guī)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(yīng)用于個人數(shù)據(jù)識別或電子付費系統(tǒng)中強調(diào)于安全機制，而近乎于貼近卡片閱讀器系統(tǒng)的近場通信及是將13.56MHz中短距系統(tǒng)的部分加以整合，所以最后市場上所見的即為Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica，早期這兩家系統(tǒng)各自發(fā)展互不兼容，直到近年才將兩種規(guī)格合并并制定了NFC規(guī)范ECMA340/ISO18092(NFCIP1，NFC Interface and protocol 1)。此規(guī)范相容于現(xiàn)有Philips MiFARE(ISO 1443A)及Sony Felica。
NFC工作頻率為13.56MHz、ASK調(diào)變，傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種，通信模式可分為主動模式與被動模式，主動模式是指發(fā)起設(shè)備(initiator)與目標(biāo)設(shè)備(target)皆可自身電源供應(yīng)產(chǎn)生RF field，而被動模式下則是發(fā)起設(shè)備自身供應(yīng)電源產(chǎn)生RF field;而目標(biāo)設(shè)備則利用全波整流線路將發(fā)起端的RF field之能量轉(zhuǎn)換為DC來供應(yīng)自己的電源。值得一提的是，在被動模式下為了要滿足省電的要求所以采用了負載調(diào)變(Load modulation)的方式，此調(diào)變方式可以達到省電的效果。
在使用上因為NFC的使用通常會遇到使用尖峰時期，會了避免不同的發(fā)起端或目標(biāo)端同時溝通造成數(shù)據(jù)鏈路錯誤，所以NFC采用了一種機制listen before talk。此機制會讓當(dāng)發(fā)起端設(shè)備要發(fā)出詢問信號前，先偵測外界磁場強度來判斷是否有其它的設(shè)備正在溝通中，這種機制的實現(xiàn)稱為RF Collision Avoidance (RFCA)，其動作行為是在每次發(fā)起端發(fā)出詢問信號時會偵測外界磁場，當(dāng)磁場強度超過門坎強度時(Hthreshold=0.1875A/m)則會停止詢問，直至外界強度降至門坎值以下。若是低于臨界值才會開始發(fā)出詢問指令，偵測的時間為TIDT+nTRFW，n為0～3的機率取樣：TRFW=512/fc(RF waiting time)，TIDT>4096/fc(initial delay time)。當(dāng)發(fā)起設(shè)備在TIDT+nTRFW內(nèi)沒有偵測到超過門坎強度的磁場，則會先發(fā)射TIRFG的未調(diào)變RF field之后再發(fā)出詢問信號，其中TIRFG必須大于5ms。
NFC規(guī)范調(diào)變
在此將針對NFC RF interface做敘述，首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩種標(biāo)準(zhǔn)，EMCA340中敘述NFC相關(guān)協(xié)議，這里先引入數(shù)據(jù)封標(biāo)作討論，NFC數(shù)據(jù)分包分為兩種類型，一為106kpbs、一為212/424kbps。
由于NFC 106kbps為100% ASK調(diào)變，所以對整個High/Low信號的封包結(jié)構(gòu)都有相當(dāng)詳細的定義。其中幾個參數(shù)包括從100%下降到5% Am時間(t1)、5% Am持續(xù)時間(t2)、Am由5%上升至60%時間(t4)即overshoot 的范圍。而212/424kbps則是8%～30%的調(diào)變率。
RF測試kit
1. Calibration coil：coil的功能在于驗證測試過程中，待測物所發(fā)射出的信號是否為正確的強度與調(diào)變。此Coil為一簡單的天線架構(gòu)，當(dāng)然EMCA也詳細的規(guī)定了所有的尺寸，由此coil所測出的值為0.32V (RMS)=1A/m(磁場強度)。
2. Field Generating Antenna：kit用于磁場的發(fā)射，圖中還包含了一組天線匹配線路。
3. Sense coil：sense coil用于量測待測物的磁場強度與調(diào)變。
4. Reference device：reference device用于測試DUT的標(biāo)準(zhǔn)件。RF測試程序
1. 發(fā)起設(shè)備power測試：
此測項在測試由發(fā)起設(shè)備所供給的磁場強度是否供給目標(biāo)物足夠的工作電源。
將信號由generating antenna調(diào)整發(fā)射，于右端的calibration coil量測到的強度為Hmax(7.5A/m)，此時再將reference device配合power測試線路調(diào)整C2使線路共振點位于19MHz(此部份在規(guī)范中并無詳述為何調(diào)整至19MHz，在此推論若19MHz可達到3V輸出則當(dāng)目標(biāo)物為13.56MHz時其電壓一定會超高3V，此因該為取其下限值)，放置于DUT位置，調(diào)整線路R2使的由C3所得到之電壓值為3V。此時Reference device已經(jīng)完成，之后再將此卡用來量測發(fā)起設(shè)備，將此卡放至于發(fā)起設(shè)備所標(biāo)注之超作范圍，在此超作范圍內(nèi)任意位置所量測到的電壓值(C3)皆不可超過3V。至于Hmin測試則與max大致相同，不同處為將reference device共振頻率調(diào)至13.56MHz及所量測知電壓值皆須超過3V。
2. 目標(biāo)物的load modulation 測試：
(1)被動模式
● 106kbps：此測試為驗證目標(biāo)物可正確調(diào)變出波形，先將calibration coil放置于下側(cè)外緣，確定generating antenna所發(fā)射之波形與強度正確無誤，此時再將待測目標(biāo)物放置于上側(cè)外緣，編輯一個ECMA340 所定義之SENS_REQ波型由generating antenna發(fā)射并在待測目標(biāo)物會回送一個SENS_RES信號，如此即可透過二個sense coil量測到信號，此量測架構(gòu)因考量回傳之負載調(diào)變信號微弱，所以利用兩個sense coil之間電壓差做計算，由于兼容系問題，所以在106kbps延續(xù)MiFARE使用副載波(subcarrier)的調(diào)變作被動目標(biāo)物的回傳信號，所以量測點應(yīng)于fc+fs與fc-fs(fc=13.56MHz，fs=fc/16)。
● 212/424kbps：高速的調(diào)變信號量測方式則與106kbps十分相似，只是將量測擷取位置改為fc，因為此兩種傳輸速度下并無使用副載波調(diào)變
(2)主動模式
主動模式的測試與被動模式上并無太大的差異，由于是主動模式所以加測了目標(biāo)物的RF field發(fā)射的時間，指令下達的時間……等。
3. 發(fā)起設(shè)備的load modulation 測試：此測試在于驗證發(fā)起設(shè)備的調(diào)變機制，可分為主動模式發(fā)射與被動模式接收兩種。
(1) 主動模式發(fā)射：將calibration coil放置于發(fā)起設(shè)備所定義的任意位置，而所量測的波型皆需符合ECMA340所定的規(guī)范。
(2) 被動模式接收：此為測試發(fā)起設(shè)備可以正確的接收被動目標(biāo)物所回傳的信號。利用圖7-2的load modulation 測試線路所做成的reference device，先將對應(yīng)C3電壓與距離的關(guān)系以圖8的架構(gòu)校正好，之后即可將此卡與發(fā)起設(shè)備的待測物做量測，測試由reference device所發(fā)出的調(diào)變信號于待測物端的接收情況。在此只能對部分的測試項目做討論而詳細的測試請參考ECMA。
NFC系統(tǒng)與芯片開發(fā)
目前市場上所能見到的NFC最為積極推動的包括了Philips、NOKIA、Sony與Samsung，而這幾家廠商皆有產(chǎn)品于市場上，包括Philips PN511/PN531、NOKIA 3220，RFMD也預(yù)計于RF4100與RF4113兩個具有NFC功能的單芯片，RF4100為藍牙與NFC整合的系統(tǒng)芯片，具有高整合度的手機應(yīng)用界面，而RF4113則為NFC系統(tǒng)芯片。RF4100尺寸為5mm×5mm的BGA與3.7mm×3.7mm WLCSP。預(yù)期NFC將會為手機應(yīng)用層面帶入一個新紀(jì)元。