持续提升NFC/RFID技术强度 ST为智能生活塑形
- 台北讯
经过多年的市场发展,物联网这两年的落地速度逐渐加快,包括零售、交通、医疗等领域都开始出现应用案例,而在各类型场域应用中,近场通讯是系统建构时的重要传输标准,其中NFC与RFID更是其中主流。透过已然成熟的技术与快速易用特色,让系统运作更具效益与弹性,同时也进一步勾勒出智能生活的样貌。
在NFC/RFID领域深耕多年的意法半导体(ST)日前举办的「NFC/RFID一触即发 智能未来已然成形–意法半导体智能联网技术研讨会」,分别从技术发展与应用趋势进行探讨,让与会者快速而完整的掌握目前市场动态。
ST商务整合和市场策略亚太区副总裁何美财在致词时指出,ST是全球半导体领域的领导厂商,近年来以智能化为产品策略,主要应用则包括汽车、家庭、智能物件与工业制造等4大区块,在全球35个国家中,设置了超过80个销售办公室,协助各区域合作夥伴,强化上述4大领域的智能化布局。在NFC与RFID领域,ST拥有完整产品线,而向来重视品质、聚焦客户需求的特色,也让ST在此市场获得业界口碑。
全面布局NFC/RFID ST提供完整解决方案
ST亚太区策略行销暨经理黄镫谊指出,智能手机的普及提升了移动支付的使用率,亦同时带动NFC的成长,再加上物联网开始落地,让NFC与RFID的应用快速扩展,未来可应用于智能电表、照明、健康照护等各种领域。在此次研讨会中,黄镫谊透过使用ST25TV02K NFC标签的NDEF(NFC Data Exchange Format),让学员可以利用NFC连结到问卷网页,进行实时的研讨会满意度调查,同时也在屏幕上显示调查结果,这成功地展现NFC技术的优点与方便实时性。
黄镫谊进一步解释,RFID是以无线方式传送数据和能量的技术,其运作的原理是利用读取器发射无线电波,触动感应范围内的标签,藉由电磁感应产生电流,供应标签上的芯片运作并发出电磁波回应传感器。RFID依频段可分为125kHz~134kHz的LF、13.56MHz的HF与860MHz~960MHz的UHF等3个频段,其不同频段特色,也产生不同应用。
NFC属于13.56MHz的HF标准 (ISO14443和ISO15693),其交互式通讯与零功耗之特色,并适用于物联网。NFC是由NFC Forum负责开发并制定的标准规范,主要诉求是让移动设备之间可相互运作,而在移动通讯的普及下,目前已有2/3的智能手机内建NFC,其中Apple从iOS11版本就开始强化了NFC读取器的支持,并将其应用于ApplePay。
目前ST在RFID领域推出的产品为ST25系列,此系列涵盖了标签与读取器两大类,其中ST25T主要为HF频段产品的标签所用,可应用于顾客契合(Customer Engagement)、资产追踪、票券、游戏、品牌保护、接取控制等。
ST25D则为动态标签,可透过I2C来依据不同使用情境建入所需内容,可应用于工业,医疗与消费性领域。此外,近年来快速兴起的智能电表、自动化系统、灯具或物连节点等设备,也都可见到其应用。至于读取器方面,ST主推的产品为ST25R,此款芯片是透过SPI界面与MCU连接,可用于POS终端、汽车、门禁、资产追踪、健康照护等设备。
在ST的NFC/RFID产品布局中,黄镫谊特别介绍了ST25TV NFC Tags与ST25DV,此产品符合ISO 15693与NFC Type5标准,ISO 15693规定读取距离长达1米,且体积要求更小、安装更简单,在读取方面也更容易,同时适用于专业设备与消费性产品。
ST25TV NFC Tags的传输速率达到53kb/s,亦强化了网安设计,可以防窜改,另外也使用了ST的TruST25做为数码签章证明产地,防止盗版。使用者存储器读写操作均有口令保护,并采用高达64位元的加密演算法和块级写锁保护。标签关闭(Kill)模式和不可追踪模式采用口令锁和数据/配置锁,以保护消费者的隐私,同时也有具备防拆的侦测功能。
ST25DV动态标签芯片兼具ISO 15693和NFC Type5标准,读距可达50~100厘米,此产品同时拥有非接触射频界面与I2C,内建该芯片的智能手机与读取器可与智能电表、物联网系统与相关设备内的MCU,以非接触方式传输数据。
ST25DV动态标签芯片也有256位元大容量缓存用于实现FTM (Fast Transfer Mode),可用于需要快速在I2C和RF间的数据传输,,例如软件更新或快速与手机无线传输档案图片的。令其卓越的Energy harvesting效能更可将大部分感应的能量输出给系统,让系统不需在外接电源或电池,可应用于无源的软件更新、无电池的指纹识别卡或无电源的电子只显示装置等创新厂品上。STDV同时具备-40至+125°C的工业等级8级宽温范围,可用于各种工业医疗车规级应用。
除了完整NFC标签及动态标签产品外,ST25R391x系列高频(HF)读写器,提供了从入门低成本到高效能的各种不同规格HF读写器,其中的车规ST253914/15读写器现更被欧美大厂所采用,包含新一代市面上Benz E class 及美国电动汽车的领导厂等。另外全新ST25R3916更提供了更优越的接收敏感度和较大输出功率及屏幕抗杂讯能力,能帮助客户通过新的严苛EMVCo 3.0测试。
在超高频(UHF)长距离(读距可达10米)的RFID的产品上,ST25RU是目前市面上信价比最高的产品,且其低功耗的优点,可用于手持或移动设备,即使在低功耗下,在读距上依然有杰出的效能,非常适合用于智能零售、货品追踪管理、智能城市,工业4.0等物联网应用。
随着移动支付与物联网的应用渐多,NFC/RFID市场进入另一波成长期,而除了技术与标准外,产品供货也成为系统设备供应商的重要考量。黄镫谊指出,部分应用领域的系统设备使用年限长,尤其是商业领域,设备的使用寿命都远较消费性产品更久,对此ST的NFC/RFID产品供货期都有长达10的保证供货期,确保产品在使用年限中仍能顺利维修,让使用者的资产多一分保障。
此外,此次在研讨会中,利用结合ST25TV02K(NFC标签)和ST25R3911B(NFC读写器)的扭蛋机来抽奖,也再次成功展现NFC无线技术的优点及无可取代可以同时传递能量和数据的特性。
应用与技术并进 掌握智能化商机
在应用方面,十速科技物联网事业处资深协理吴上玄则介绍了NFC物联网应用趋势与案例。他指出,十速科技与ST配合已久,从当年iPhone问世,智能手机刚起步时,十速科技就与ST的微机电部门合作,近期物联网趋势开始启动,双方的合作更趋紧密。
由于物联网的应用情境繁多,并没有标准化系统因此十速科技以定制化物联网应用平台,满足客户所需。吴上玄表示,物联网的架构庞杂,对上必须有云端储存、分析数据,而平台在室内外的应用也多种通讯标准选择。
在云端方面,十速科技以与市场大型云端系统厂商合作,平台中的通讯标准与功能,也因应客户需求而设计,近年来智能音箱成为智能家庭物联网系统的重要设备,针对此设备,十速科技也有相关解决方案。十速科技物联网事业处将于2019年3月将独立成立为一家专业物联网公司-云极通科技股份有限公司,将会以原服务团队提供更优质专业服务..
要让NFC/RFID系统的运作稳定且顺畅,设备天线是电路板设计的重点,ST技术行销专案经理吴祥民在「NFC reader/Tag天线设计与量测方式」议题中指出,电容值对NFC标签的运作影响相当大,因此ST在其产品规格表中已有详细列表,设计者可以此数据对应到外部的天线感值。
以ST的M24SR为例,工程师在设计外部天线时,只要将对应的ST产品电容值代入,即可得到天线感值。由于M24SR为ISO14443标准,因此与ST采用其他不同标准的产品,像是ISO 15693的ST25DV/M24LR,其最佳频率并不相同。M24SR的内部电容值为25pf,ST25DV/M24LR则为27.5pf,因此ST25D的系列产品,均可采用相同天线。
另外由于在电路板中,动态NFC标签都会尽可能靠近天线位置,其距离往往只有几毫米,因此所有的导线与走线,都会对天线特性带来影响,此外天在线下与四周的电路板接地层,也是必要考量。读取器设计方面,吴祥民以ST25R的CR95HF举例,在设计前必须先量测出其天线阻抗,再以此产品的滤波器计算工具,计算出C11、C12、C2与ZRX的阻抗值。在不为电路板供电的状况下,可透过网络分析仪量测TX1与TX2之间的电路输入阻抗,若仍有问题,则可调整C11、C12与c2电容值。
对于智能物件的另一项重要元件–MCU,ST也是市场的的领导厂商,不但拥有完整产品线,且不断开发出新产品。ST技术行销专案经理王柏雄表示,ST的MCU家族涵盖范围自低功耗的STM32L到高端的STM32F7、STM32H7,在智能设备中的应用层面相当广泛,且早已取得ARM的全系列Cortex-M Core授权。
近年来无论是物联网或各类智能化系统,对无线联网的需求日增,而ST也在2019年推出了首款以无线通讯功能为主诉求的新一代MCU–STM32WB。王柏雄指出,STM32WB采用Cortex-M4与Cortex-M0+双核无线通讯IC,前者负责处理应用软件的运算,后者则专职执行低功耗蓝牙5与其他RF运作,另外其他通讯协定,像是近年来以家用市场为主要应用的Thread等,其微控制器也可支持。
为了协助工程师加速开发设备,ST提供了完整的软硬件开发套件,在硬件方面有STM32 Nucleo、STM32 Nucleo Expansion、Discovery Kits与Evaluation Boards,软件则有STM32CubeMX、IDEs、STM32CubeProgrammer与STM32CubeMonitor,这些工具都针对工程师在开发过程中,不同环节所面临的需求而设计,降低问题的解决难度,借此提升产品上市速度。
「STSAFE—强化物联网的设备安全」演讲中,ST技术行销经理阎欣怡则特别介绍该公司在物联网与智能物件的安全设计STSAFE-A100。她指出,经过多年发展,物联网的应用开始加速,而由于物联网将会是未来各类IT系统的主架构,且应用触角更为庞大绵密,因此其网安若有漏洞,所带来的损害将比现行的IT系统更高。为了防止伪造、复制和信息盗用,STSAFE-A100已获得 Common Criteria EAL5+认证,可防御物理攻击、错误注入和旁通道攻击,且其具备的身份验证、安全通讯与平台数据完整性服务,可提升平台的整体安全
NFC/RFID的问世时间早于现在的物联网系统与智能物件,过去在门禁、电子票券等领域早已应用多时,而在智能化系统与设备应用的快速普及下,其不但应用层面更广泛,技术也不断加深,像是更快、更安全的传输,或是更能适应环境需求的稳定性。作为NFC/RFID领导厂商,ST无论在此技术本身的产品布局,或周边产品线如MCU的支持,都已十分完整。未来ST将会持续锁定汽车、家庭、智能物件与工业制造等4大领域,强化产品生态系统,扮演工程师开发系统时的坚强后盾。