Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 14 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Беспроводные технологии и их применение в промышленности. Вопросы энергосбережения и выбора батарей

Для рационального использования топливно-энергетических ресурсов, а также повышения энергоэффективности в России наряду с другими мировыми державами была принята программа энергосбережения до 2020 г. В статье рассмотрены пути снижения энергопотребления для устройств полевого уровня промышленных сетей, а также даны рекомендации по выбору батарей. Статья является продолжением серии предыдущих публикаций (см. ЭК4—6 за 2011 г. и ЭК10, 12 за 2010 г.).

Особенности нового Wi-Fi-стандарта 802.11ac

В статье описаны предполагаемые характеристики стандарта 802.11ас, рассмотрены особенности его физического уровня. Разработка стандарта идет полным ходом, завершить ее планируется уже в текущем году.

Перспективное развитие рынка беспроводной связи

Разработка беспроводных технологий следующего поколения никогда не прерывается. В результате скорость передачи данных растет, повышается надежность каналов связи, совершенствуется ее качество. Не так давно состоялось наше знакомство с технологиями четвертого поколения, а уже началась работа над более передовыми стандартами, которые приведут к реализации связи 5G. В статье дается обзор основных этапов эволюции базовых беспроводных технологий и особенностей их применения.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

19 октября

Технология NFC — связь на близком расстоянии

В статье представлены основные характеристики стандарта NFC: область применения, режимы работы, временные параметры сигналов. Особое внимание уделено проверке устройств на соответствие требованиям стандарта.



Т

ехнология связи на малых расстояниях NFC (Near Field Communication) — совместная  разработка компаний NXP Semiconductor и Sony — представляет собой комбинацию нескольких существующих бесконтактных технологий радиочастотной (РЧ) идентификации и связи.
Технология NFC предназначена для обмена различной информацией, например, номерами телефонов, картинками, музыкальными файлами или ключами цифровой авторизации между двумя расположенными близко друг к другу устройствами с поддержкой NFC. Это могут быть любые портативные устройства, а также смарт-карты или считывающие устройства RFID. Данная технология может использоваться в качестве ключа доступа к данным или сервисам, таким как безналичная оплата или электронный замок.
Центральная частота NFC равна 13,56 МГц. Скорость передачи данных достигает 424 кбит/с на расстоянии примерно 10 см. В отличие от существующих технологий бесконтактной связи на данном диапазоне частот, которые позволяют передавать информацию только от активного устройства пассивному, NFC обеспечивает обмен между двумя активными (равноправными) устройствами. Таким образом, NFC можно использовать для доступа к устройствам радиочастотной идентификации RFID.
Технология обратно совместима с широко используемым стандартом Smart Card на основе ISO/IEC 14443 А (например, Mifare) и ISO/IEC 14443 В, а также JIS X 6319-4 (FeliCa). Для обмена между двумя устройствами разработан новый протокол ECMA-340 и ISO/IEC 18092. В 2004 г. был создан союз NFC Forum, в который вошли Sony, NXP и Nokia. Компании стали совместно работать над новой технологией, чтобы гарантировать совместимость и правильное взаимодействие устройств и сервисов. В результате NFC поддерживает все перечисленные выше стандарты. Первые устройства, сертифицированные NFC, появились в конце прошлого года.
Для обеспечения совместимости между мобильным телефоном и картами RFID различных производителей необходимо выполнить тестирование цифрового протокола и провести измерение параметров РЧ-сигнала: временных характеристик, частоты несущей, амплитуды сигнала слушателя (нагрузочная модуляция, см. ниже), а также амплитуды и чувствительности приемника в активном режиме.

Применение

Несомненное преимущество NFC — простота использования. Для обмена необходимо поднести устройства близко друг к другу. Некоторые стандартные сферы использования (см. табл. 1)
– системы сбора тарифов на транспорте;
– платежные системы;
– контроль доступа;
– передача настроек и обеспечение более сложных протоколов;
– обмен данными.
Технология предназначена в первую очередь для портативных устройств. Она является логическим продолжением и развитием технологии RFID.

Таблица 1. Применение NFC

Область

Пример

Оплата с помощью мобильного телефона

• Покупка билетов или оплата такси

• Работа с бесконтактными терминалами продаж (платежные системы)

• Хранение чеков в памяти телефона

Телефон как электронный ключ

• Для прохода в здание (контроль доступа)

• Для доступа к ПК

• Для автомобиля

• Для создания офиса дома

Передача данных

• Обмен электронными визитками

• Печать фотографий напрямую с фотоаппарата

Электронная блокировка

• Доступ к глобальным сетям или Bluetooth

Доступ к данным

• Загрузка расписаний с электронного табло на телефон

• Загрузка карт на телефон

• Считывание навигационных координат

Хранение электронных билетов на мобильном телефоне

• В театр, на аттракцион или на какое-либо мероприятие

 

Принцип работы


В основе NFC лежит индуктивная связь (см. рис. 1). Частота работы — 13,56 МГц, скорость передачи — 106 кбит/с (возможны 212 кбит/с и 424 кбит/с). Сигнал подвергается амплитудной манипуляции ООК с различной глубиной 100% или 10% и фазовой манипуляции BPSK.

 

Рис. 1. Принцип обмена по технологии NFC


При передаче информации пассивному устройству используется амплитудная манипуляция ASK. При обмене с активным устройством оба устройства равноправны и выступают в качестве поллинговых. Каждое устройство имеет собственный источник питания, поэтому сигнал несущей отключается сразу после окончания передачи.
За счет индуктивной связи между опрашивающим и прослушивающим устройствами пассивное устройство влияет на активное. Изменение импеданса прослушивающего устройства вызывает изменение амплитуды или фазы напряжения на антенне опрашивающего устройства, которое он обнаруживает. Этот механизм называется модуляцией нагрузки. Она выполняется в режиме прослушивания с применением вспомогательной несущей 848 кГц. В зависимости от стандарта применяется амплитудная (ASK для 14443 А) или фазовая манипуляция (BPSK для 14443 В). Еще один пассивный режим, совместимый с FeliCa, осуществляется без вспомогательной поднесущей с манипуляцией ASK на частоте 13,56 МГц.

Режимы работы

В NFC определено три основных режима работы:
– пассивный (эмуляция смарт-карты). Пассивное устройство ведет себя как бесконтактная карта одного из существующих стандартов;
– передача между равноправными устройствами. Производится обмен между двумя устройствами. При этом за счет собственного источника питания у прослушивающего устройства можно использовать NFC даже при выключенном питании опрашивающего устройства;
– активный режим (чтение или запись).
В каждом режиме может применяться один из трех способов передачи: NFC-A (14443 А), NFC-B (14443 В), NFC-F (JIS X 6319-4). Для распознавания способа передачи инициирующее устройство посылает запрос. Характеристики режимов кодирования и модуляции приведены в таблице 2.

 

Таблица 2. Характеристики режимов NFC

Стандарт

Тип устройства

Кодирование

Модуляция

Скорость передачи, кб/с

Несущая, МГц

NFC-A

Опрашивающее

Модифицированный код Миллера

ASK 100%

106

13,56

Прослушивающее

Манчестер

Модуляция нагрузки (ASK)

106

13,56 ± 848 кГц

NFC-B

Опрашивающее

NRZ-L

ASK 10%

106

13,56

прослушивающее

NRZ-L

Модуляция нагрузки (BPSK)

106

13,56± 848 кГц

NFC-F

Опрашивающее

Манчестер

ASK 10%

212/424

13,56

Прослушивающее

Манчестер

Модуляция нагрузки (ASK)

212/424

13,56 (без поднесущей)


В пассивном режиме используются метки NFC — пассивные устройства, предназначенные для обмена с активными NFC-устройствами. Как и метки RFID, метки NFC применяются для хранения небольшого количества данных. Всего определено 4 типа меток (см. табл. 3). 

Таблица 3. Типы меток

Тип

1

2

3

4

Стандарт

14443 А

14443 В

JIS 6319-4

14443 А/В

Совместимый продукт

Innovision Topaz

NXP Mifare

Sony FeliCa

NXP DESFire, SmartMX-JCOP, др.

Скорость передачи, кб/с

106

106

212, 424

106, 212, 424

Объем памяти

96 б, расширение до 2 кб

48 б, расширение до 2 кб

До 1 Мб

До 32 кб

Защита от коллизий

Нет

Есть

Есть

Есть

 

Тестирование устройств

Чтобы удостовериться, что устройство соответствует стандарту NFC, необходимо произвести несколько измерений. В зависимости от типа устройства применяется одна из двух установок (см. рис. 2а, 2б). Эталонное опрашивающее устройство подключается к генератору сигнала или усилителю мощности и посылает команды на прослушивающее устройство. Ответные сигналы анализируются с помощью специального оборудования. Эталонное устройство имеет три типа антенн (EuroPay, MasterCard, Visa) Poller-0 и два компенсированных варианта Poller-3 и Poller-6.

 

Рис. 2. Испытательные установки для активного устройства (а), для пассивного устройства (б)


Эталонное прослушивающее устройство анализирует переданный поллинговым устройством сигнал. Измерение частоты и формы сигнала производится с помощью встроенного индуктивного кольца. Устройство высылает ответный сигнал посредством модуляции нагрузки с использованием внешнего генератора сигнала.

РЧ-измерения

При проверке устройства на соответствие требованиям NFC необходимо произвести измерения во всех режимах работы, поддерживаемых мобильным устройством. В активном режиме определяются следующие параметры: точность частоты несущей, передаваемая мощность, форма сигнала (время нарастания, спада и другие временные характеристики), чувствительность к модуляции нагрузки, пороговый сигнал (опрашивающее устройство должно выключать трансляцию, если присутствует внешнее поле определенной силы).
В пассивном режиме измеряются модуляция нагрузки, уровень принимаемой мощности (способность отвечать даже при плохих условиях), время задержки пакета (используется в режиме NFC-A в алгоритме предупреждения коллизий). Последний параметр определяется как промежуток времени между концом передачи команды и началом передачи сигнала.

Пример

Рассмотрим тестирование мобильного телефона с NFC в активном и пассивном режимах.
В активном режиме используется испытательная установка, схема которой показана на рисунке 2а. Она состоит из эталонного прослушивающего устройства и цифрового осциллографа для измерения уровня мощности, частоты несущей и формы сигнала. Измерения можно проводить с помощью анализатора сигнала или спектра с применением внешнего триггера. Для определения чувствительности модуляции нагрузки в ответ на принятый запрос SEL_REQ прослушивающее устройство генерирует сообщение SENS_RES. Время нарастания сигнала измеряется от уровня 5% до 90%.
Измерения в пассивном режиме проводятся с помощью эталонного опрашивающего устройства и генератора сигналов произвольной формы. Время задержки пакета определяется как промежуток между последним битом запроса и первым битом ответа. Второй способ измерения — с помощью анализатора спектра в режиме нулевой полосы (zero span). На временной оси определяется расстояние между фронтом последнего бита опрашивающего сигнала и первым битом сигнала прослушивающего устройства.
Нагрузочная модуляция определяется как разность между средним максимальным и средним минимальным значениями передаваемого сигнала на частоте 13,56 МГц (см. рис. 3).

 

Рис. 3. Измерение нагрузочной модуляции


Необходимо помнить, что анализатор выводит среднеквадратичные значения, поэтому измеренные величины следует умножить на 1,41, чтобы получить пиковые значения.

Литература

1. Near Field Communication (NFC) Technology and Measurements//www.rohde-schwarz.com.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Роман Бондаренко, технический консультант, «ИД Электроника»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты