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NFC技术介绍及其射频测试方法

时间:03-17 来源:mwrf 点击:

近场无线通信(NFC)技术是一种新型的标准化近距离无线通信技术,利用磁场感应原理,使电子设备在近距离内达成互联互通,从而实现可靠的数据传输。使用者只要通过简单的接触或接近动作,即可进行安全的非接触式交易并读取信息。

NFC将现有的非接触式识别技术与互联互通技术相结合并加以发展,由索尼(Sony)与恩智浦半导体(NXP)(前身为Philips)共同研发。NFC可广泛用于各种信息交换,例如电话号码、图像、MP3文件、数字式授权、电子钱包、广告信息、产品信息等。这种信息交换可在两个具有NFC功能的电子设备(如手机)之间进行,抑或于具有NFC功能的手机和与其兼容并位于近距离内的无线射频识别系统(RFID)芯片卡或读取器之间完成。NFC被用作控制获取信息的密钥以及诸如电子收费、通行证、访问控制以及各种数据交换等服务,将可以彻底改变人们的生活模式与习惯。

NFC应用包罗万象

NFC工作在以13.56MHz为中心的频段,并在约10公分范围内提供速率达424kbit/s的数据传输。与工作在该频段的传统式非接触式技术(只有主动被动式通信)不同,具有NFC功能的电子设备之间的通信可以是主动主动式(端对端技术),也可以是主动被动式。因此,NFC意味着一个在RFID网域的连接。此外,NFC与被广泛使用的智能卡基础架构向后兼容,如基于ISO/IEC 14443 A(像NXP的MIFARE技术)和ISO/IEC 14443 B的架构,同时也与Sony的FeliCa卡(JIS X 6319-4)相容。实现NFC设备之间的信息交换,在标准ECMA-340及ISO/IEC 18092中制定了新的通信协议。NFC论坛于2004年由NXP、Sony及诺基亚(Nokia)共同创办,并藉此协调和促进NFC技术的发展。NFC论坛还制定保证各种NFC设备及服务之间互联互通的技术规范。所有上述的标准(ISO/IEC 14443 A、B、ISO/IEC 18092以及JIS X 6319-4/FeliCa)都被涵盖在内,并自2010年12月起,NFC论坛为NFC设备的兼容性提供证明。

为确保手机与不同厂家的RFID芯片卡之间的互联互操作性,须要对各种NFC设备进行协议及射频测试。其中射频测试主要包括测量有关时间方面的参数、载频与查询模式下的信号强度和接收灵敏度、负载调变参数(收听信号的强度)等。

简易性广泛应用

在前面已提及一些NFC应用。其中最显著特点是使用的简易性:只须简单接触或靠近具有NFC功能的设备,便可启动所需的服务。以下是一些典型的应用。

·移动支付
用NFC手机购票或付出租车费用,以及在非接触式售货点用NFC手机付费,或将收据存入NFC手机。

·权限及访问控制
将电子密钥权限证明信息存入NFC手机、访问保密机构、登录保密计算机、开车门、设置居家办公室。

·数据传输与交换
在各种NFC设备之间进行数据传输(端对端数据交换)如在NFC手机、数字相机、笔记本电脑间交换名片;把相机靠近打印机并印出照片。

·启动其他服务
例如为数据传输启动其他通信连接、设置蓝牙(Bluetooth)及无线局域网络(WLAN)连接。

·读取信息
将智能型广告中的时间表、地图存入NFC手机,或者位置存入NFC手机,如停车位置。

·购票
把各种票券存入NFC手机,如电影,音乐会,体育比赛等等。

NFC数据传输原理

与RFID标准14443及FeliCa相似,NFC使用感应耦合,类似变压器的原理,如图1所示,NFC利用两个导电线圈的磁场以耦合查询设备(激励设备)与收听设备(目标设备)。

NFC数据传输原理之查询设备与收听设备的结构配置

图1 查询设备(激励设备)与收听设备(目标设备)的结构配置

NFC工作频率是13.56MHz,传输速率106kbit/s(部分地可达到212kbit/s甚至424kbit/s)。调变方式为不同调变深度的OOK(100%或10%)及二进制相移键控(BPSK)。

查询设备的功率与数据传输

被动系统(如处于被动卡仿真模式下的NFC手机)进行传输时,其借以查询设备的13.56MHz载波信号作为驱动能源。查询设备的调变方式为ASK。在NFC端对端模式下,双方都处于查询状态,其信号都被加以调变及编码。此时,所需功率相对减少,因为每个NFC设备都有各自的能源供给,并且传输结束后载波信号自动停止发射。

收听设备数据传输

由于查询设备与收听设备的线圈之间的耦合,被动的收听设备同样作用于主动的查询设备。收听设备的阻抗变化,直接会影响查询设备天线端电压幅度或相位变化,而查询设备可检测此变化,这就是负载调变技术。使用848kHz辅助载波的负载调变用于收听模式(如ISO/IEC 14443),其中辅助载波由基带信号加以调变,并以此改变收听设备的阻抗。图2显示负载调变的频谱。调变方式为ASK(如ISO/IEC 14443 A PICC)或BPSK(如14443 B PICC)。此外,还有第三种被动模式,它与FeliCa兼容,其负载调变不使用辅助载波,而为直接作

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