NFC技术介绍及其射频测试方法

用于13.56MHz载波的ASK调变。

图2 基于13.56MHz载波并使用848kHz辅助载波的负载调变，而图中的三角形表示载波及辅助载波的调变频谱(由于NFC使用时分多路通信，三组谱线并不同时出现)。

调变方式与编码

如图3～5所示，其调变方式为不同调变深度的OOK(100%或10%)及BPSK(如ISO/IEC 14443 B PICC)。

图3 100%调变深度的ASK

图4 10%调变深度的ASK

图5 BPSK调变

如图6所示，NFC使用NRZ-L、变形米勒(Modified Miller)以及Manchester编码。NRZ-L编码的一个位若是高电位即代表逻辑1，低电位则代表逻辑0。曼彻斯特(Manchester)编码将每一个位分成两段，逻辑1的前半段为高电位，后半段为低电位。逻辑0的前半段为低电位，后半段为高电位。

图6 NFC使用三种编码中的一种：NRZ-L、Modified Miller或Manchester(请参见表1和表2)。

Modified Miller编码也将每一个位分成两段，逻辑1后半段的起始有一个低电位脉冲，而逻辑0以一个低电位脉冲开始。其中的例外是，当逻辑1之后为逻辑0时，不出现逻辑0的低电位脉冲，信号保持为高电位。

图7显示使用ASK调变及Manchester编码的负载调变(如处于被动卡仿真模式下的14443 A PICC或NFC-A设备)。

图7 使用辅助载波的负载调变在时域及频域的图示

NFC标准/标签类型多样

以下将进一步针对NFC标准的演进以及其主要的工作模式、卷标类型进行更详细的说明。

NFC标准的沿革

三大标准ISO/IEC 14443 A，ISO/IEC 14443 B以及JIS X 6319-4皆属于RFID标准，由不同公司(NXP、Infineon及Sony)提出。第一个射频NFC标准是ECMA 340，并基于ISO/IEC 14443 A与JIS X 6319-4的空中接口。之后，ECMA 340被编入标准ISO/IEC 18092。与此同时，信用卡的主要发卡公司(Europay、Mastercard、Visa)也开始推广基于ISO/IEC 14443 A与ISO/IEC 14443 B的付费标准EMVCo。在NFC论坛上，两大群体将空中接口一致化，并分别命名为NFC-A(基于ISO/IEC 14443 A)、NFC-B(基于ISO/IEC 14443 B)以及NFC-F(基于FeliCa)。图8和图9分别显示了NFC射频与协议标准以及测试规范的沿革过程。

图8 NFC射频标准的沿革

图9 NFC协议标准的沿革

调变与编码工作模式

如图10所示，NFC有三种主要的工作模式，一为被动卡仿真模式(被动模式)，这时NFC设备就如同与现存标准兼容的非接触式卡片。其二为端对端模式，两个NFC设备进行信息交换。与读写模式相比，激励设备(查询设备)所需功率相对减少，因为目标设备(收听设备)也有自己的能源供给。最后是读写模式(主动模式)，NFC设备处于主动状态，对现存的被动式RFID标签进行读写。

图10 NFC的工作模式

上述的每一种模式都可以与下面的任意一种传输技术相互结合：NFC-A(与ISO/IEC 14443 A)向后兼容、NFC-B(与ISO/IEC 14443 B)向后兼容、NFC-F(与JIS X 6319-4)向后兼容。为支持所有各种不同技术，如图11显示，处于查询模式下的NFC设备首先用相应的请求信号试探NFC-A，NFC-B以及NFC-F标签的反应。当从兼容设备得到反应后，NFC设备便依照标准建立通信模式(NFC-A，NFC-B抑或NFC-F模式)。依照通信模式(主动或被动)、传输技术(NFC-A，-B，-F)以及传输速率(比特率)的不同，进行相应的编码与调变。

图11 查询模式下识别过程的流程图(主要流程)

表1列出对应于NFC-A、-B和-F传输技术的编码，以及调变和数据速率。

NFC标签分四种类型

NFC标签是被动设备，可用于与NFC主动设备进行通信。NFC标签主要用于广告，以及用于存储数量不大的信息并将信息传送给NFC主动设备等领域。依照不同的格式和容量，NFC卷标被分为四种基本类型并以类型1～4命名(表2)。其格式分别基于ISO 14443的类型A与B以及Sony的FeliCa。

NFC射频测量至为关键

为确保NFC设备的功能符合各种标准，必须进行一系列的射频测量以及综合的协议测量。依照NFC模拟测试规范草案，射频测量须由参考设备予以规定(即NFC论坛的参考收听器和NFC论坛的参考查询器)。这些参考设备相当于NFC的典型设备。其处于查询及收听模式，且天线大小各异，用以提供定义明确的、有可比性的测量。为测试NFC设备的收听及查询模式，NFC论坛规定了下面两种方案，请见图12、13。

图12 NFC设备的收听模式测量配置

图13 NFC设备的查询模式测量配置

NFC参考设备

当与适当的信号源和功放相连接时，NFC论坛的参考查询设备即向待测收听设备发送指令。测试仪器随即捕获并分析待测物的反应。NFC论坛的参考查询设备有三种不同的天线线圈设计，并基于标准EMVCo PCD)(针对查询器Poller-0)，以及ISO标准化的PICC天线线圈设计的两种补偿型(针对查询器Poller-3和6)，请见图14、15。

图14 NFC论坛的参考查