M24SR04-Y/M24SR04-G：動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，NFC/RFID技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為數(shù)據(jù)交互和設(shè)備連接帶來(lái)了極大的便利。M24SR04-Y和M24SR04-G作為STMicroelectronics推出的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，憑借其獨(dú)特的功能和特性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款芯片的相關(guān)特性和應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

M24SR04屬于ST25系列，該系列涵蓋了STMicroelectronics的所有NFC/RFID標(biāo)簽和閱讀器產(chǎn)品。M24SR04是一款具有雙接口的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，內(nèi)置了4-Kbit的EEPROM存儲(chǔ)器。它既可以通過(guò)$I^{2}C$接口進(jìn)行操作，也能與13.56 MHz的RFID閱讀器或NFC手機(jī)進(jìn)行通信。

二、關(guān)鍵特性

（一）物理特性

• 唯一標(biāo)識(shí)符：具備7字節(jié)的唯一標(biāo)識(shí)符（UID），確保了設(shè)備的唯一性，方便在各種系統(tǒng)中進(jìn)行識(shí)別和管理。
• 密碼保護(hù)：支持128位的密碼保護(hù)，為數(shù)據(jù)的安全性提供了可靠的保障，有效防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。
• 封裝形式：提供SO8（MN）、TSSOP8（DW）和UFDFPN8（MC）三種封裝形式，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

（二）電氣特性

• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40 °C至85 °C（等級(jí)Y）和 -25 °C至85 °C（等級(jí)G），能夠適應(yīng)較為惡劣的環(huán)境條件。
• 電源電壓：?jiǎn)坞娫措妷悍秶鸀?.7 V至5.5 V（等級(jí)Y）和2.4 V至5.5 V（等級(jí)G），為不同的電源設(shè)計(jì)提供了靈活性。
• $I^{2}C$接口：采用兩線$I^{2}C$串行接口，支持1 MHz的協(xié)議，通信速度快，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

（三）通信特性

• 非接觸式接口：符合NFC Forum Type 4 Tag標(biāo)準(zhǔn)，支持ISO/IEC 14443 Type A協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 Kbps，確保了穩(wěn)定、高效的非接觸式通信。
• 內(nèi)存特性：擁有512字節(jié)（4-kbit）的EEPROM存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200年，寫入周期耐久性高，在25 °C時(shí)可達(dá)100萬(wàn)次，在85 °C時(shí)可達(dá)60萬(wàn)次。同時(shí)，單次命令可讀取和寫入最多246字節(jié)的數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/li>

三、功能模式

（一）$I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR04由$V_{CC}$供電，$I^{2}C$接口連接到設(shè)備，$I^{2}C$主機(jī)可以與M24SR04進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)讀寫。

（二）標(biāo)簽?zāi)Ｊ?/h3>

M24SR04由RF場(chǎng)供電，可與RF主機(jī)（如RFID閱讀器或NFC手機(jī)）進(jìn)行通信。在這種模式下，用戶內(nèi)存只能通過(guò)RF命令進(jìn)行訪問(wèn)。

（三）雙接口模式

RF和$I^{2}C$接口都連接到M24SR04，RF或$I^{2}C$主機(jī)都可以與設(shè)備進(jìn)行通信。設(shè)備自身負(fù)責(zé)電源供應(yīng)和訪問(wèn)管理，通過(guò)令牌機(jī)制確保同一時(shí)間只有一個(gè)主機(jī)能夠與設(shè)備進(jìn)行通信。

四、信號(hào)描述

（一）$I^{2}C$接口信號(hào)

• 串行時(shí)鐘（SCL）：用于同步數(shù)據(jù)傳輸，在大多數(shù)應(yīng)用中，若總線主機(jī)具有推挽輸出，則無(wú)需上拉電阻；若用于同步總線時(shí)鐘，總線主機(jī)需具有開(kāi)漏輸出，并連接上拉電阻。
• 串行數(shù)據(jù)（SDA）：雙向信號(hào)，用于數(shù)據(jù)傳輸，為開(kāi)漏輸出，需連接上拉電阻。

（二）其他信號(hào)

• 天線線圈（AC0，AC1）：用于連接外部線圈，應(yīng)避免連接其他DC或AC路徑，正確調(diào)諧后可使用NFC Forum Type 4命令訪問(wèn)設(shè)備。
• 接地（$V_{SS}$）：為所有引腳提供參考電壓。
• 電源電壓（$V_{CC}$）：可連接外部DC電源，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器確保外部電壓能夠?yàn)镸24SR04供電。在操作前，需確保$V_{CC}$電壓在規(guī)定范圍內(nèi)且穩(wěn)定。
• RF禁用：用于禁用RF通信，其狀態(tài)根據(jù)$V_{CC}$引腳電壓和I2C主機(jī)的設(shè)置進(jìn)行控制。
• 通用輸出（GPO）：為開(kāi)漏輸出，需連接外部上拉電阻，可配置為多種狀態(tài)，如會(huì)話打開(kāi)、寫入進(jìn)行中、$I^{2}C$應(yīng)答就緒等，其行為與$I^{2}C$或RF會(huì)話的激活狀態(tài)以及所選模式相關(guān)。

五、內(nèi)存管理

（一）內(nèi)存結(jié)構(gòu)

M24SR04支持NFC Forum Type 4 Tag定義的NDEF標(biāo)簽應(yīng)用，由能力容器文件（CC文件）、NDEF文件和系統(tǒng)文件三個(gè)文件組成。

• 系統(tǒng)文件：包含設(shè)備的配置信息，如$I^{2}C$保護(hù)、$I^{2}C$看門狗、RF啟用等。
• CC文件：提供有關(guān)M24SR04和NDEF文件的信息，為只讀文件，但部分字段可通過(guò)特定流程進(jìn)行更改。
• NDEF文件：存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，可通過(guò)RF或$I^{2}C$主機(jī)進(jìn)行讀寫操作。

（二）文件標(biāo)識(shí)符

每個(gè)文件都有對(duì)應(yīng)的文件標(biāo)識(shí)符，用于在選擇命令中選擇文件。例如，系統(tǒng)文件的標(biāo)識(shí)符為0xE101，CC文件為0xE103，NDEF文件為0x0001。

（三）讀寫訪問(wèn)權(quán)限

NDEF文件可以進(jìn)行讀寫訪問(wèn)鎖定，并通過(guò)128位的密碼進(jìn)行保護(hù)。讀寫訪問(wèn)權(quán)限由CC文件中的兩個(gè)字節(jié)定義，用戶可以根據(jù)需要更改這些權(quán)限。

六、通信機(jī)制

（一）主從關(guān)系

M24SR04在$I^{2}C$總線或RF通道上作為從設(shè)備，等待$I^{2}C$主機(jī)或RF主機(jī)發(fā)送命令后再進(jìn)行響應(yīng)。

（二）會(huì)話機(jī)制

M24SR04采用令牌系統(tǒng)，令牌有RF和$I^{2}C$兩種可能的值。當(dāng)令牌分配給某一接口時(shí)，設(shè)備只能與該接口進(jìn)行通信。

• RF令牌：在防沖突完成后分配給RF接口，釋放條件包括RF場(chǎng)切斷、接收到取消選擇命令或$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：當(dāng)$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送正確的設(shè)備選擇命令后分配給$I^{2}C$接口，釋放條件包括$V_{CC}$引腳斷電或接收到$I^{2}C$令牌釋放序列。

七、命令集

（一）通用命令集

包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816-4命令集和專有命令集。這些命令集使用I-Block、R-Block和S-Block三種數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（二）特定命令集

• RF特定命令集：如防沖突命令集、RATS命令和ATS響應(yīng)、PPS命令及響應(yīng)等，用于RF接口的設(shè)備激活、通信參數(shù)配置等操作。
• $I^{2}C$特定命令集：如Get$I^{2}C$session命令和KillRFsession命令，用于打開(kāi)和關(guān)閉$I^{2}C$會(huì)話。

八、設(shè)備操作

（一）RF設(shè)備操作

• 防沖突和設(shè)備激活：支持NFC-A技術(shù)的防沖突命令集，通過(guò)相應(yīng)命令實(shí)現(xiàn)設(shè)備的激活。
• 會(huì)話管理：通過(guò)發(fā)送SelectApplication命令打開(kāi)RF會(huì)話，通過(guò)發(fā)送S(DES)命令或關(guān)閉RF場(chǎng)關(guān)閉RF會(huì)話。

（二）$I^{2}C$設(shè)備操作

• 通信協(xié)議：基于命令和應(yīng)答交換的系統(tǒng)，$I^{2}C$主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，M24SR04執(zhí)行內(nèi)部操作并返回應(yīng)答。
• 會(huì)話管理：通過(guò)發(fā)送GetSession命令或KillRFsession命令打開(kāi)$I^{2}C$會(huì)話，通過(guò)關(guān)閉$V_{CC}$電源、發(fā)送$I^{2}C$令牌釋放序列、等待$I^{2}C$看門狗或$I^{2}C$時(shí)鐘周期超時(shí)關(guān)閉$I^{2}C$會(huì)話。

九、功能流程

（一）NDEF消息選擇

通過(guò)打開(kāi)RF或$I^{2}C$會(huì)話、發(fā)送SelectNDEFTagApplication命令、選擇CC文件、讀取CC文件和選擇NDEF文件等步驟，檢測(cè)M24SR04中的NDEF消息。

（二）NDEF消息讀取

在成功檢測(cè)到NDEF文件后，檢查讀取權(quán)限，選擇NDEF文件并進(jìn)行讀取操作。需要注意的是，讀取操作不應(yīng)超出NDEF消息的長(zhǎng)度。

（三）鎖定NDEF文件讀取

對(duì)于已鎖定的NDEF文件，需要先選擇NDEF標(biāo)簽應(yīng)用和NDEF文件，然后使用Verify命令驗(yàn)證讀取密碼，最后讀取文件數(shù)據(jù)。

（四）其他操作

還包括鎖定和解鎖NDEF文件、更改NDEF密碼、更改文件類型和更新NDEF文件等操作，每個(gè)操作都有相應(yīng)的步驟和命令要求。

十、總結(jié)

M24SR04-Y和M24SR04-G作為一款功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具有豐富的特性和靈活的操作方式。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的功能模式和命令集，合理配置設(shè)備的參數(shù)和權(quán)限，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全。同時(shí)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要注意各個(gè)信號(hào)的連接和處理，以及電源和溫度等因素對(duì)設(shè)備性能的影響。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和應(yīng)用M24SR04這款芯片。

各位工程師在使用M24SR04的過(guò)程中，是否遇到過(guò)一些獨(dú)特的問(wèn)題或有一些特別的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。