M24LR64E-R：動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的全面解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，NFC/RFID技術(shù)憑借其便捷性和高效性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中得到了廣泛應(yīng)用。M24LR64E-R作為一款動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具備諸多獨(dú)特的特性和功能，為電子工程師們提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)支持。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款芯片。

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一、芯片概述

M24LR64E-R是一款具有雙接口的電可擦除可編程存儲(chǔ)器（EEPROM）的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC。它集成了I2C接口，可由VCC電源供電，同時(shí)也是一款通過(guò)接收載波電磁波供電的非接觸式存儲(chǔ)器。在I2C模式下，它被組織為8192×8位；在ISO 15693和ISO 18000 - 3模式1的RF模式下，則為2048×32位。

此外，M24LR64E-R還具備能量收集模擬輸出功能，以及一個(gè)用戶(hù)可配置的數(shù)字輸出引腳，該引腳在RF寫(xiě)入進(jìn)行中或RF繁忙模式下會(huì)進(jìn)行切換。

二、信號(hào)描述

（一）串行時(shí)鐘（SCL）

SCL作為輸入信號(hào)，用于對(duì)設(shè)備的所有數(shù)據(jù)輸入和輸出進(jìn)行選通。在某些應(yīng)用中，若該信號(hào)被從設(shè)備用于將總線(xiàn)同步到較慢的時(shí)鐘，總線(xiàn)主設(shè)備必須具有開(kāi)漏輸出，并且需要從串行時(shí)鐘（SCL）到VCC連接一個(gè)上拉電阻。不過(guò)，在大多數(shù)應(yīng)用中，如果總線(xiàn)主設(shè)備具有推挽輸出，這種同步方法通常不被采用，上拉電阻也就不是必需的。

（二）串行數(shù)據(jù)（SDA）

SDA是一個(gè)雙向信號(hào)，用于在設(shè)備中傳輸數(shù)據(jù)。它是一個(gè)開(kāi)漏輸出，可以與總線(xiàn)上的其他開(kāi)漏或開(kāi)集電極信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)或操作。因此，需要從串行數(shù)據(jù)（SDA）到VCC連接一個(gè)上拉電阻。

（三）RF寫(xiě)入進(jìn)行中 / RF繁忙（RF WIP/BUSY）

這是一個(gè)可配置的輸出信號(hào)，用于指示M24LR64E-R正在從RF通道執(zhí)行內(nèi)部寫(xiě)入周期，或者RF命令正在進(jìn)行中。需要注意的是，RF WIP和相關(guān)信號(hào)僅在M24LR64E-R由Vcc引腳供電時(shí)可用。它是一個(gè)開(kāi)漏輸出，需要從RF WIP/BUSY到VCC連接一個(gè)上拉電阻。

（四）能量收集模擬輸出（Vout）

該模擬輸出引腳用于在能量收集模式啟用且RF場(chǎng)強(qiáng)足夠時(shí)提供模擬電壓Vout。當(dāng)能量收集模式禁用或RF場(chǎng)強(qiáng)不足時(shí)，能量收集模擬電壓輸出Vout將處于高阻狀態(tài)。

（五）天線(xiàn)線(xiàn)圈（AC0, AC1）

這兩個(gè)輸入用于將設(shè)備專(zhuān)門(mén)連接到外部線(xiàn)圈。建議不要將任何其他直流或交流路徑連接到AC0或AC1。當(dāng)正確調(diào)諧時(shí)，線(xiàn)圈可用于使用ISO 15693和ISO 18000 - 3模式1協(xié)議為設(shè)備供電并訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備。

（六）Vss接地

Vss是VCC電源電壓和Vout模擬輸出電壓的參考點(diǎn)。

（七）電源電壓（Vcc）

該引腳可連接到外部直流電源電壓。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器允許外部施加在VCC上的電壓為M24LR64E-R供電，同時(shí)防止內(nèi)部電源（整流后的RF波形）在VCC引腳上輸出直流電壓。

三、用戶(hù)內(nèi)存組織

M24LR64E-R的用戶(hù)內(nèi)存被劃分為64個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包含32個(gè)32位的塊。每個(gè)扇區(qū)都可以使用特定的鎖定或密碼命令進(jìn)行單獨(dú)的讀和/或?qū)懕Ｗo(hù)。在RF模式下，一個(gè)扇區(qū)提供32個(gè)32位的塊，每次讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)都是按塊進(jìn)行的；在I2C模式下，一個(gè)扇區(qū)提供128個(gè)字節(jié)，可以在讀寫(xiě)模式下單獨(dú)訪(fǎng)問(wèn)。

此外，M24LR64E-R還有一個(gè)64位的塊用于存儲(chǔ)64位唯一標(biāo)識(shí)符（UID），該UID符合ISO 15963描述，其值在防沖突序列（Inventory）中使用。同時(shí)，它還包括一個(gè)AFI寄存器和一個(gè)DSFID寄存器，分別用于存儲(chǔ)應(yīng)用家族標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)家族標(biāo)識(shí)符。

四、系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)域

（一）RF模式下的塊安全

在RF模式下，M24LR64E-R的每個(gè)內(nèi)存扇區(qū)可以通過(guò)三個(gè)可用密碼之一進(jìn)行單獨(dú)保護(hù)，并且每個(gè)扇區(qū)還可以設(shè)置讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)條件。每個(gè)扇區(qū)都分配有一個(gè)扇區(qū)安全狀態(tài)字節(jié)，其中包括一個(gè)扇區(qū)鎖定位、兩個(gè)密碼控制位和兩個(gè)讀寫(xiě)保護(hù)位。

（二）I2C模式下的塊安全

在I2C模式下，只有通過(guò)I2C_Write_Lock位區(qū)域中的16位，才能對(duì)各個(gè)扇區(qū)進(jìn)行寫(xiě)操作保護(hù)。讀訪(fǎng)問(wèn)I2C_Write_Lock位區(qū)域始終是允許的，而寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)則取決于是否正確提交了I2C密碼。

（三）配置字節(jié)和控制寄存器

M24LR64E-R提供了一個(gè)8位的非易失性配置字節(jié)和一個(gè)8位的易失性控制寄存器。配置字節(jié)用于存儲(chǔ)RF WIP/BUSY引腳和能量收集配置；控制寄存器用于存儲(chǔ)能量收集使能位以及一個(gè)FIELD_ON位指示器。

（四）ISO 15693系統(tǒng)參數(shù)

M24LR64E-R提供了ISO 15693 RF協(xié)議所需的系統(tǒng)區(qū)域，包括I2C密碼、三個(gè)RF密碼、配置字節(jié)、AFI、DSFID、64位UID等。

五、I2C設(shè)備操作

（一）起始條件

起始條件由串行數(shù)據(jù)（SDA）的下降沿在串行時(shí)鐘（SCL）處于高電平穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)確定。任何數(shù)據(jù)傳輸命令之前都必須有一個(gè)起始條件。

（二）停止條件

停止條件由串行數(shù)據(jù)（SDA）的上升沿在串行時(shí)鐘（SCL）穩(wěn)定且驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)確定。停止條件用于終止設(shè)備與總線(xiàn)主設(shè)備之間的通信。

（三）確認(rèn)位（Ack）

確認(rèn)位用于指示字節(jié)傳輸成功?？偩€(xiàn)發(fā)送器（無(wú)論是總線(xiàn)主設(shè)備還是從設(shè)備）在發(fā)送8位數(shù)據(jù)后會(huì)釋放串行數(shù)據(jù)（SDA）。在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖周期內(nèi)，接收器會(huì)將SDA拉低以確認(rèn)接收到了8位數(shù)據(jù)。

（四）數(shù)據(jù)輸入

在數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中，設(shè)備會(huì)在串行時(shí)鐘（SCL）的上升沿對(duì)串行數(shù)據(jù)（SDA）進(jìn)行采樣。為了確保設(shè)備正常運(yùn)行，SDA必須在SCL的上升沿保持穩(wěn)定，并且SDA信號(hào)只能在SCL驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)改變。

（五）I2C超時(shí)

為了防止因意外未終止的指令發(fā)送到I2C總線(xiàn)而導(dǎo)致RF通信凍結(jié)，M24LR64E-R具備超時(shí)機(jī)制，該機(jī)制會(huì)自動(dòng)重置I2C邏輯塊。

（六）內(nèi)存尋址

總線(xiàn)主設(shè)備要與從設(shè)備開(kāi)始通信，必須先發(fā)起一個(gè)起始條件，然后發(fā)送設(shè)備選擇代碼，其中包括一個(gè)4位的設(shè)備類(lèi)型標(biāo)識(shí)符和一個(gè)3位的芯片使能“地址”（E2,1,1）。第八位是讀寫(xiě)位（RW），用于設(shè)置讀寫(xiě)操作。

六、RF設(shè)備操作

（一）RF通信和能量收集

由于電流消耗可能會(huì)影響天線(xiàn)提供的交流信號(hào)，因此在能量收集模擬輸出電壓傳輸期間，與M24LR64E-R的RF通信并不能得到保證。同時(shí)，RF通信也可能會(huì)干擾并可能停止能量收集模式。

（二）命令

M24LR64E-R支持多種命令，如Inventory（用于執(zhí)行防沖突序列）、Stay quiet（用于使設(shè)備進(jìn)入安靜模式）、Select（用于選擇設(shè)備）等。

（三）初始對(duì)話(huà)

M24LR64E-R與VCD之間的對(duì)話(huà)通過(guò)以下步驟進(jìn)行：VCD的RF操作場(chǎng)激活M24LR64E-R，VCD傳輸命令，M24LR64E-R傳輸響應(yīng)。

七、數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)編碼

（一）數(shù)據(jù)編碼模式：1 out of 256

在這種模式下，單個(gè)字節(jié)的值由一個(gè)暫停的位置表示。暫停在256個(gè)連續(xù)的18.88μs時(shí)間段中的位置決定了字節(jié)的值。此時(shí)，一個(gè)字節(jié)的傳輸需要4.833ms，數(shù)據(jù)速率為1.65Kbit/s。

（二）數(shù)據(jù)編碼模式：1 out of 4

在該模式下，兩個(gè)位的值由一個(gè)暫停的位置表示。暫停在四個(gè)連續(xù)的18.88μs時(shí)間段中的位置決定了兩個(gè)位的值。四個(gè)連續(xù)的位對(duì)構(gòu)成一個(gè)字節(jié)，其中最低有效位對(duì)首先傳輸。此時(shí)，一個(gè)字節(jié)的傳輸需要302.08μs，數(shù)據(jù)速率為26.48Kbit/s。

八、通信信號(hào)

（一）從VCD到M24LR64E-R

通信采用ASK（幅度鍵控）調(diào)制原理，使用10%和100%兩種調(diào)制指數(shù)。M24LR64E-R可以對(duì)這兩種調(diào)制指數(shù)進(jìn)行解碼。

（二）從M24LR64E-R到VCD

M24LR64E-R通過(guò)電感耦合區(qū)域與VCD進(jìn)行通信，通過(guò)切換負(fù)載來(lái)生成副載波。它支持單副載波和雙副載波響應(yīng)格式，并且可以根據(jù)VCD的選擇以低或高數(shù)據(jù)速率格式進(jìn)行響應(yīng)。

九、獨(dú)特標(biāo)識(shí)符（UID）

M24LR64E-R由一個(gè)64位的唯一標(biāo)識(shí)符（UID）進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，該UID符合ISO/IEC 15963和ISO/IEC 7816 - 6標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)UID，每個(gè)M24LR64E-R可以在防沖突循環(huán)中以及在VCD與M24LR64E-R之間的一對(duì)一交換中被唯一且單獨(dú)地尋址。

十、應(yīng)用家族標(biāo)識(shí)符（AFI）

AFI代表VCD目標(biāo)應(yīng)用的類(lèi)型，用于從所有存在的M24LR64E-R中識(shí)別出符合所需應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。AFI由M24LR64E-R的發(fā)行者（或購(gòu)買(mǎi)者）在AFI寄存器中進(jìn)行編程，一旦編程并鎖定，就不能再進(jìn)行修改。

十一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式標(biāo)識(shí)符（DSFID）

DSFID用于指示M24LR64E-R內(nèi)存中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。可以使用Write DSFID和Lock DSFID命令對(duì)其進(jìn)行編程和鎖定。

十二、協(xié)議描述

M24LR64E-R的傳輸協(xié)議基于“VCD先發(fā)言”的概念，即M24LR64E-R只有在接收到并正確解碼VCD發(fā)送的指令后才會(huì)開(kāi)始傳輸。協(xié)議基于請(qǐng)求和響應(yīng)的交換，每個(gè)請(qǐng)求和響應(yīng)都包含在一個(gè)幀中。

十三、狀態(tài)和模式

（一）狀態(tài)

M24LR64E-R可以處于四種狀態(tài)之一：電源關(guān)閉、就緒、安靜和選定。狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換由特定的條件和命令控制。

（二）模式

M24LR64E-R支持三種模式：尋址模式、非尋址模式（通用請(qǐng)求）和選擇模式。不同的模式用于指定哪些M24LR64E-R會(huì)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。

十四、防沖突

防沖突序列的目的是使用M24LR64E-R的唯一ID（UID）對(duì)VCD場(chǎng)中的所有設(shè)備進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)。VCD通過(guò)發(fā)出Inventory請(qǐng)求來(lái)啟動(dòng)通信，M24LR64E-R會(huì)在確定的時(shí)隙中發(fā)送響應(yīng)或不響應(yīng)。

十五、命令代碼

M24LR64E-R支持多種命令，每個(gè)命令都有對(duì)應(yīng)的代碼。這些命令涵蓋了讀寫(xiě)操作、設(shè)備選擇、密碼管理等多個(gè)方面。

十六、最大額定值

在使用M24LR64E-R時(shí)，需要注意其最大額定值。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞，因此必須確保設(shè)備在規(guī)定的條件下運(yùn)行。

十七、總結(jié)

M24LR64E-R作為一款功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具備豐富的特性和功能，為電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用時(shí)提供了廣闊的空間。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理配置和使用M24LR64E-R的各項(xiàng)功能，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。同時(shí)，還需要注意遵循相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。

大家在使用M24LR64E-R的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。