利用NFC技术如何实现无线应用系统的设计？

nfc简介：nfc即近距离无线通讯技术。这个技术由非接触式射频识别(RFID)演变而来，由飞利浦半导体(现恩智浦半导体公司)、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。近场通信(NearFieldCommunicaTIon，NFC)是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IECIS18092国际标准、ECMA-340标准与ETSITS102190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。

NFC近场通信技术是由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为13.56MHz，但是使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。目前这项技术在日韩被广泛应用，他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。

在很多场合有线通信技术并不能满足实际需要， 比如在野外恶劣环境中作业。使用无线射频通信芯片构建的通信模块， 用单片机作为控制部件， 配合一定的外围电路就能很好地进行两地空间区域信号对接， 实现自由数据通信， 解决了无线通信的技术难题。并且其具有硬件构造简单、维护方便、通信速率高、性能稳定等优点， 能在电子通信业得到广泛应用。

本文的控制部件选用AT 89C51 型单片机。由于这种芯片只有SPI 通信接口， 而目前常用的单片机都没有这种接口， 因此需要对该芯片的通信时序进行模拟，所以在控制器里编程时要严格按照芯片工作时序进行。

NRF24L01 芯片构成的通信模块电路设计

NRF24L01 芯片通信模块电路核心器件NRF24L01 配合网络晶振、解耦电容、偏极电阻一起工作构造稳定射频通信模块。该芯片是贴片结构， 模块占用空间少， 如图2 所示。

图2由NRF24L01 芯片构成的通信模块电路图。

电源电路设计

电源电路如图3 所示， B1 是9 V 蓄电池或者锂电池， 能够反复充电。C1 ， C2 ， C3 ， C4 都是滤波电容， 起到一次与二次滤波作用。D1 ， D2 是稳压二极管， 使输出端的电压稳定在理想的水平电压。芯片7805 是三端稳压集成电路芯片， 具有正电压输出。其电路内部还有过流、过热及调整管等保护电路， 最终目的把9 V 电源转变成稳定5 V 输出， 为后续设备供电。

系统通信电路设计

系统通信电路如图4 所示。本电路中应用单片机AT89C51作为控制芯片， 对NRF24L01 主通信模块的接口时序模拟和对数据的发送与接收进行处理。

图3电源电路图。

图4系统通信电路图。

与PC 机通讯电路设计

如果单片机通信电路与单片机通信电路通信， 则两个硬件电路和图4 相同， 只是在软件设计时需在每个通信端设定不同的通信地址， 以辨认每个通信端口。若是单片机通信电路与PC 机或者具有COM 口的设备电路通信， 则需要一个转接电路， 其硬件电路如图5 所示。

图5 SPI 接口与MAX232 通信硬件电路图。

在图5 所示的电路中， 单片机左侧是一块MAX232芯片， 其作用是将PC 机中的232 电平与单片机的T TL 电平匹配。最左侧是9 芯母接头， 在使用时可接在计算机COM 口上与计算机通信。单片机右侧接一块射频通信模块。由于此块单片机同样没有SPI 接口， 所以需要用普通接口软件模拟SPI 接口， 其编程要严格按SPI 端口的通信逻辑时序。

NFC(Near Field Communication)，即“近场通信”，也叫“近距离无线通信”，是一种短距离的高频无线通信技术，是由非接触式射频识别(RFID)及互连互通技术整合演变而来的。使用了NFC技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，利用移动终端(例如手机)实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。

2NFC的数据交换

NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。发起NFC通信的一方称为发起方，通信的接收方称为目标方。主动通信是指通信的发起方和目标方在进行数据传输时，都需要产生自己的射频场。当发起方发送数据时，它将产生自己的射频场，而目标方关闭射频场，并以侦听模式接收发起方的数据。当发起方发送完数据后，将关闭自己的射频场并处于侦听模式，等待目标方发送数据;目标方发送数据时，需要产生自己的射频场来发送数据。

而在被动模式下，发起方在整个通信过程中提供射频场。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度，将数据发送到目标方。目标方不必产生射频场，而使用负载调制(load modulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起方。

02 /NFC天线的ESD防护要求

NFC技术主要应用于轻薄小巧的携带式产品上，如手机、平板、手环等。其天线通常置于电池中，通过很小的触点连接到NFC芯片。NFC设备接口的ESD静电放电防护十分重要，因为ESD静电放电会对NFC设备的正常运行产生影响，严重时甚至损坏设备。如电荷会在设备的金属部件上积累，并在接口周围产生电场，容易引起静电放电。采用TVS/ESD二极管可以用来保护NFC设备接口免受静电放电的威胁。

1.应用NFC技术的电子产品多为轻巧，易携带，所以ESD器件应该尽可能小，大多采用DFN0603-2L封装(即英制0201封装)甚至是CSP0402-2L(即英制01005封装)封装，节省PCB空间。

2.考虑高频天线上的信号完整性，寄生电容值应尽可能小，一般小于0.5 pF，并且电容的线性度需保持良好。

3.NFC天线发射功率通常较大，这要求ESD防护器件的VRWM值要相对较高，通常电压为18V/24V，且为双向器件。

4.ESD器件的抗静电能力要满足IEC61000-4-2的8KV接触测试要求。

5.防护器件要有足够低的钳位电压，为后级电路提供有效保护。

03/晶扬电子选型推荐TT1821SA-Fx/TT1821SA-Ft

为满足这些需求，晶扬电子特推出两款型号TT1821SA-Fx/TT1821SA-Ft作为NFC的ESD防护器件，产品具备Snap-back结构、低至0.16 pF(TT1821SA-Fx)和0.19pF(TT1821SA-Ft)的超低电容，6V@ 6A的钳位电压，IEC 61000-4-2 ±10kV(接触)、±10kV(空气)标准。