NXP NTAG I2C plus：開啟NFC應(yīng)用新境界

在當(dāng)今的電子世界中，NFC（近場通信）技術(shù)正以其便捷、高效的特點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。NXP推出的NTAG I2C plus系列產(chǎn)品，作為連接NFC標(biāo)簽的佼佼者，為NFC在家庭自動化和消費類應(yīng)用中的發(fā)展注入了新的活力。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

NTAG I2C plus是NXP第二代連接NFC標(biāo)簽，它將無源NFC接口與接觸式I2C接口完美結(jié)合。與第一代NTAG I2C產(chǎn)品相比，它不僅保持了完全的向后兼容性，還新增了密碼保護(hù)、雙接口全內(nèi)存訪問配置以及防克隆的原創(chuàng)性簽名等先進(jìn)功能。其第二代技術(shù)使數(shù)據(jù)傳輸性能提升了四倍，還具備能量收集能力。同時，該產(chǎn)品針對入門級NFC應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，擁有最低的物料清單（BoM）成本。此外，它的I2C和NFC通信基于簡單的標(biāo)準(zhǔn)命令集，還配備了演示板OM5569/NT322E，包含在線參考源代碼，只需簡單的天線設(shè)計，無需或僅需少量額外組件，并且網(wǎng)上有大量參考設(shè)計可供參考。該開發(fā)板還通過了NFC Forum Type 2 Tag認(rèn)證（認(rèn)證編號：58514）。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

（一）關(guān)鍵特性

1. 互操作性：符合ISO/IEC 14443 Part 2和3標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)板通過NFC Forum Type 2 Tag認(rèn)證，擁有唯一的7字節(jié)UID，支持GET_VERSION命令，方便識別芯片類型和支持的功能，輸入電容為50 pF。
2. 主機(jī)接口：作為I2C從設(shè)備，具有可配置的場檢測引腳，基于開漏實現(xiàn)，可用于信號NFC事件或同步直通數(shù)據(jù)傳輸。
3. 內(nèi)存：配備2k字節(jié)的EEPROM和64字節(jié)的SRAM緩沖區(qū)，用于NFC和I2C接口之間的數(shù)據(jù)傳輸，支持內(nèi)存鏡像或直通模式，并且在NFC和I2C內(nèi)存訪問之間有清晰的仲裁機(jī)制。
4. 數(shù)據(jù)傳輸：支持64字節(jié)SRAM緩沖區(qū)的直通模式，以及FAST_WRITE和FAST_READ NFC命令，可實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量。
5. 安全與內(nèi)存訪問管理：可根據(jù)32位密碼，實現(xiàn)從NFC接口對內(nèi)存的完全、只讀或無訪問權(quán)限；同樣，從I2C接口也能進(jìn)行相應(yīng)配置；具備NFC靜音功能，可禁用NFC接口；采用基于橢圓曲線密碼學(xué)（ECC）的原創(chuàng)性簽名，實現(xiàn)簡單而可靠的身份驗證。
6. 電源管理：可配置場檢測輸出信號，用于數(shù)據(jù)傳輸同步和設(shè)備喚醒；能從NFC場中收集能量，為外部設(shè)備（如連接的微控制器）供電。
7. 工業(yè)要求：工作溫度范圍為 -40 °C至105 °C，能適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

（二）關(guān)鍵優(yōu)勢

1. 高度互操作性：能與所有支持NFC的設(shè)備完美兼容，通過NFC和I2C接口實現(xiàn)超快速的數(shù)據(jù)交換（最高可達(dá)40 kbit/s），為用戶帶來流暢的使用體驗。
2. 零功耗運行與數(shù)據(jù)存儲：具備非易失性數(shù)據(jù)存儲功能，可在零功耗狀態(tài)下保存數(shù)據(jù)，有效節(jié)省能源。
3. 能量收集功能：能從NFC場中收集能量，最高可輸出15 mW，為部分主機(jī)系統(tǒng)供電，減少外部電源的依賴。
4. 數(shù)據(jù)保護(hù)：提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，防止未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)操作，保障數(shù)據(jù)安全。
5. 多應(yīng)用支持：憑借其內(nèi)存大小和分段選項，可支持多種應(yīng)用場景，滿足不同用戶的需求。
6. 低成本與小尺寸：在嵌入式電子設(shè)備中，擁有最低的物料清單成本和最小的占地面積，降低了產(chǎn)品的整體成本和設(shè)計難度。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

NTAG I2C plus的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點（如家庭自動化、智能家居等）、消費類應(yīng)用的配對與配置、NFC配件（如耳機(jī)、揚聲器等）、可穿戴信息娛樂設(shè)備、健身器材、消費電子、醫(yī)療保健、智能打印機(jī)、電表、電子貨架標(biāo)簽等領(lǐng)域。其強(qiáng)大的功能和廣泛的適用性，使其成為眾多電子工程師在設(shè)計NFC應(yīng)用時的首選產(chǎn)品。

四、產(chǎn)品細(xì)節(jié)

（一）訂購與標(biāo)記信息

產(chǎn)品提供多種型號和封裝形式，如NT3H2111WOFHK、NT3H2211WOFHK等，封裝包括XQFN8、TSSOP8、SO8等。同時，不同型號有對應(yīng)的標(biāo)記代碼，方便生產(chǎn)和管理。

（二）引腳信息

產(chǎn)品提供XQFN8、TSSOP8和SO8三種封裝的引腳配置，引腳功能包括天線連接、接地、串行時鐘、場檢測、串行數(shù)據(jù)、電源輸入、電壓輸出等。詳細(xì)的引腳描述和配置圖，為工程師的設(shè)計提供了清晰的指導(dǎo)。

（三）功能描述

1. 模塊組成：NTAG I2C plus IC由EEPROM、SRAM、NFC接口、數(shù)字控制單元、電源管理和能量收集單元以及I2C從接口組成。能量和數(shù)據(jù)通過一個由幾圈線圈組成的天線進(jìn)行傳輸，該天線直接連接到NTAG I2C plus IC。
2. NFC接口：基于ISO/IEC 14443 - 3 Type A標(biāo)準(zhǔn)的無源NFC接口，需要由NFC場（如支持NFC的設(shè)備）供電，才能接收命令并發(fā)送響應(yīng)。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用?6位CRC、奇偶校驗位、位計數(shù)檢查、位編碼和通道監(jiān)控等機(jī)制。其NFC狀態(tài)機(jī)包括IDLE、READY 1、READY 2、ACTIVE、AUTHENTICATED和HALT等狀態(tài)，不同狀態(tài)下對命令的響應(yīng)和處理方式不同。
3. 內(nèi)存組織：內(nèi)存分為EEPROM和SRAM兩部分。EEPROM用于存儲7字節(jié)UID、內(nèi)存鎖定條件、IC配置信息和用戶內(nèi)存；SRAM為64字節(jié)的易失性內(nèi)存，無寫入耐久性限制，僅在通過VCC引腳供電時可用。從NFC和I2C接口的內(nèi)存映射有所不同，并且可以通過配置實現(xiàn)SRAM的鏡像功能。
4. 可配置場檢測引腳：基于開漏實現(xiàn)的場檢測引腳，可根據(jù)NFC接口的活動觸發(fā)外部設(shè)備或通過外部電源管理單元開啟連接的電路。該引腳的功能通過NFC場電源操作，無需為標(biāo)簽本身提供VCC電源。其信號的拉低和釋放條件可根據(jù)不同的配置進(jìn)行設(shè)置，還可作為直通模式下的握手機(jī)制，向外部微控制器發(fā)送數(shù)據(jù)讀寫信號。
5. 看門狗定時器：為防止I2C接口長時間鎖定內(nèi)存訪問，可設(shè)置看門狗定時器。當(dāng)I2C與NTAG I2C之間的通信開始時，定時器開始計時。若在定時器到期后通信仍在進(jìn)行，則通信將繼續(xù)，直到完成后清除I2C_LOCKED狀態(tài)寄存器；若通信在定時器到期前完成，但I(xiàn)2C_LOCKED狀態(tài)寄存器未被主機(jī)清除，則在定時器結(jié)束時清除。該定時器僅在VCC引腳供電時有效。
6. 能量收集：NTAG I2C plus能夠從NFC設(shè)備的NFC場中收集能量，為外部低功耗設(shè)備供電。其輸出電壓和電流取決于NFC場強(qiáng)度、標(biāo)簽天線尺寸和與NFC設(shè)備的距離等參數(shù)。在能量收集模式下操作時，需要注意連接適當(dāng)?shù)碾娙?、限制啟動?fù)載電流、合理設(shè)置上拉電阻以及確保NFC閱讀器設(shè)備應(yīng)用包含NFC Field Off條件的輪詢周期等。
7. 密碼認(rèn)證：可對部分內(nèi)存進(jìn)行密碼保護(hù)，通過設(shè)置32位密碼（PWD）和16位密碼確認(rèn)（PACK），并可使用AUTHLIM參數(shù)限制密碼驗證失敗的次數(shù)。在初始狀態(tài)下，密碼保護(hù)功能禁用，可自由寫入PWD和PACK；啟用密碼保護(hù)后，需在成功進(jìn)行PWD_AUTH命令后才能寫入。
8. 原創(chuàng)性簽名：采用基于標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線密碼學(xué)（ECC）的數(shù)字簽名，可驗證標(biāo)簽是否使用NXP Semiconductors制造的IC。每個NTAG I2C plus UID都用NXP私鑰進(jìn)行簽名，生成的32字節(jié)簽名存儲在標(biāo)簽的隱藏內(nèi)存部分?？赏ㄟ^READ_SIG命令獲取簽名，并使用NXP提供的相應(yīng)ECC公鑰在NFC設(shè)備中進(jìn)行驗證。

（四）I2C命令

NTAG I2C plus支持I2C協(xié)議，其通信包括起始條件、停止條件、I2C軟復(fù)位和NFC靜音功能、確認(rèn)位（ACK）、數(shù)據(jù)輸入、尋址、READ和WRITE操作以及WRITE和READ寄存器操作等。在進(jìn)行這些操作時，需要注意相應(yīng)的條件和時間要求，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

（五）NFC命令

NTAG I2C plus支持多種NFC命令，如Request、Wake - up、Anticollision、Select、Halt、GET_VERSION、READ_SIG、PWD_AUTH、READ、FAST_READ、WRITE、FAST_WRITE和SECTOR_SELECT等。每個命令都有特定的代碼、參數(shù)和響應(yīng)時間要求，工程師在使用時需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和配置。

（六）通信與仲裁

當(dāng)NFC和I2C接口都有相應(yīng)電源供電時，根據(jù)“先到先得”的原則，只有一個接口可以訪問內(nèi)存。NS_REG中的I2C_LOCKED和RF_LOCKED狀態(tài)位反映了內(nèi)存訪問的狀態(tài)。在不同的模式下（如非直通模式和直通模式），兩個接口的訪問規(guī)則和數(shù)據(jù)傳輸方式有所不同。在非直通模式下，I2C接口和NFC接口的訪問需要根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)位進(jìn)行判斷和操作；在直通模式下，通過64字節(jié)的SRAM緩沖區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，并可通過設(shè)置TRANSFER_DIR位確定數(shù)據(jù)流向。

五、電氣特性與限制

產(chǎn)品規(guī)定了一系列的限制值，如存儲溫度、最大結(jié)溫、靜電放電電壓、電源電壓、輸入電壓、輸入電流和RF輸入電壓等。超過這些限制值可能會對設(shè)備造成永久性損壞，影響設(shè)備的可靠性。同時，文檔還給出了產(chǎn)品的各項電氣特性，如輸入電容、輸入頻率、工作環(huán)境溫度、熱阻、能量收集特性、I2C接口特性、引腳特性和EEPROM特性等，為工程師在設(shè)計電路和選擇外圍元件時提供了重要的參考依據(jù)。

六、總結(jié)

NXP NTAG I2C plus憑借其豐富的功能、卓越的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在NFC應(yīng)用設(shè)計中提供了一個強(qiáng)大而可靠的解決方案。無論是在家庭自動化、消費電子還是工業(yè)控制等領(lǐng)域，它都能發(fā)揮出重要的作用。然而，在使用過程中，工程師需要充分了解產(chǎn)品的各項特性和要求，嚴(yán)格按照文檔進(jìn)行設(shè)計和操作，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。