NFC應用崛起 加速物聯網普及

  • 賴品如
意法半導體技術行銷工程師閻欣怡。

高科技發展日新月異,不過近年來許多技術及產品的創新皆圍繞著「物聯網(IoT)」此一主軸,物聯網相關應用的衍生充滿無限大的想像空間,帶動龐大的市場需求,促使業者相繼地投入智慧城市、智慧居家、智慧生活、身分辨識、遠端醫療等應用領域。物聯網影響所及,我們的食衣住行等日常生活、工作環境及運作模式、休閒娛樂方式等皆將產生重大變革。

根據國際研究機構Gartner於2015年所發布的資訊,預估2020年連網裝置將超過260億個,後續衍生的商機更可望高達上兆美元。麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)也預測,到了2025年,物聯網相關應用服務最高可為全球經濟創造11兆美元(約合361兆台幣)的產值。

 點擊圖片放大觀看
韋僑科技研發部副總經理顏天霖。
意法半導體產品行銷經理余玟宏。
意法半導體資深技術行銷工程師吳祥民。
意法半導體產品行銷經理黃鐙誼。
活動現場實況。

針對物聯網的普及,無線傳輸技術的進展是重要關鍵,值得注意的是,在各式各樣的無線傳輸技術中,近場通訊(Near Field Communication;NFC)已扮演越來越重要的角色。根據IHS的研究報告,至2020年,NFC智慧型手機銷量將達到22億台,另外,包括PC與週邊、網路設備、智慧家庭、車載裝置、健康醫療、智慧電錶與工業自動化等裝置等都將更廣泛地內建NFC。

意法半導體扮演推手  共享龐大商機

NFC技術由來已久,它是一種短距離高頻無線通訊技術,能讓電子裝置之間進行非接觸式點對點的資料傳輸及資料交換。NFC在13.56MHz頻率運行於10公分距離內,其傳輸速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424 Kbit/秒3種。

目前NFC已通過成為ISO/IEC IS 18092國際標準、EMCA-340標準與ETSI TS 102 190標準。NFC採用主動和被動兩種讀取模式。在實際的運作上,NFC會發射觸發動作的短距離訊號,當使用者將兩個裝置彼此碰觸,如智慧型手機和喇叭,NFC就會立即連接兩者,具有免接線、免密碼的好處,使用起來相對便利許多。

為協助台灣合作夥伴掌握物聯網趨勢,半導體產業領導廠商意法半導體(ST),特別與文曄科技攜手於日前舉辦「物聯網NFC/RFID關鍵技術與新應用趨勢研討會」,邀請多位專家分享物聯網的新興應用趨勢,以及介紹NFC/RFID、類比感應元件、微控制器(MCU)及智慧安全等產品概況。意法半導體並於現場展示各種創新產品與最新應用,與現場來賓熱烈交流,共享高達上兆美元的智慧產業商機。

可傳遞資料及能量  RFID獨一無二

研討會中首先登場分享的是意法半導體產品行銷經理黃鐙誼,他以個人隨身攜帶的手機、平板、帽子、筆記本、手冊、鑰匙、徽章、比及手錶為例指出,萬物皆可內建NFC;透過簡便快速的方式與外界產生連結。黃鐙誼並強調RFID是唯一可以傳遞資料和能量的無線技術,因此應用範圍也就更形擴大。

黃鐙誼相當看好NFC基於RFID技術在物聯網領域的應用可能性。尤其是Apple已在前年(2015)加入NFC Forum,其最新手機已開放NFC功能,預期將能大舉振奮NFC的普及度。意法半導體對於NFC的推廣不遺餘力,除了是NFC論壇的主要會員外,也已推出相關產品及解決方案。

其中,ST所推出採用非揮發性記憶體 -電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM)的NFC標籤,相較其他業者的產品,ST的NFC標籤的資料保留期限能長達200年,是工業標準的20倍,擦寫次數超過100萬次,是工業標準的10倍。工作溫度範圍-40°C∼85°C,確保標籤在最惡劣的工作條件下仍保持完美的讀寫性能和耐用性。

ST的ST25TA系列產品就是採用EEPROM,記憶體容量從2Kbit∼64Kbit,涵蓋現有全部市場需求。為儲存NFC數據,EEPROM記憶體區塊直接支援NDEF格式。ST是全球最大的EEPROM技術和EEPROM記憶體供應商。

整體來說,ST推出的NFC標籤晶片擁有市場上最廣泛的存儲範圍、最長的資料保留期限、最多的重複書寫次數和最強的資料保護能力,其動態NFC標籤因支援I2C介面, 可連結MCU,可用於物聯網中各種電子產品,在無電源下資料存取及與智慧型手機資料傳輸,因此已獲得消費電子、電腦週邊、家電、工業自動化和健康保健產品等領域的採用。

微型鐵氧體NFC標籤  採用ST25晶片

值得一提的,與ST攜手合作、針對物聯網應用提供高性能微型NFC標籤解決方案的韋僑科技(SAG)主管也親臨現場分解決方案。韋僑科技是全球RFID電子標籤的領導者,日前與ST聯合發布一款微型鐵氧體NFC標籤(NFC Ferrite Tag),此產品採用意法半導體ST25物聯網(IoT)NFC標籤晶片,用於物聯網數據傳輸。

此一鐵氧體NFC標籤具有輕巧、纖薄等特性,焊點可直接焊接在印刷電路板表面,在生產線上進行表面貼裝。此外,鐵氧體NFC標籤具有抗金屬干擾特性,即便置於金屬產品之上,仍能正常工作,這些功能使其特別適用於消費性電子產品、穿戴式設備和智能健身醫療產品物聯網數據傳輸。小巧輕薄對穿戴式產品至關重要,新款鐵氧體NFC規格還能很好地滿足穿戴式產品對輕巧和纖薄的需求。

除尺寸小巧輕薄(4.9x3.0x2.5mm)外,讓這款內嵌天線的鐵氧體NFC標籤還有出色的射頻性能表現,這受益於意法半導體最先進的支持NDEF (NFC 數據交換格式)信息的ST25TA02K NFC Forum Type 4標籤晶片。

無需使用任何專門的應用軟體,安卓NFC手機即可直接讀寫NDEF數據。除支持NDEF格式外,ST25TA02K還內置20位計數器和128位密碼加密機制,保護對2Kbit EEPROM存儲器的讀寫操作。

動態NFC標籤  內建EEPROM

為徹底發揮ST的創新「動態NFC標籤」功能,意法半導體資深技術行銷工程師吳祥民特別說明Dynamic NFC天線的設計重點。他指出,其位置必須儘可能靠近NFC天線位置,最好是在幾毫米的距離內,因為任何線路的加入都可能改變天線的特性且需重新調整。

ST推出的「動態NFC標籤記憶體」M24SR系列,包含三個重要模組晶片,分別是非揮發性記憶體(NVM),是一種即使斷電數據也不會遺失的電子記憶體;有線介面(工業標準I2C介面),用於與主機的控制器進行通訊,此I2C介面工作頻率高達1MHz,可確保手機與目標設備之間數據的快速傳輸。

第三個部分則是無線介面,用於與其他無線裝置進行通訊,此無線介面與ISO14443-A通訊協議完全相容,數據速率高達106kb/s。整體來看,M24SR晶片內的EEPROM能省去外部EEPROM的需求,有助降低模組的總體尺寸及縮短產品的研發週期,因此大受業界青睞。

32位元微控制器  預期將成為互聯設備核心

在「STM32系列產品介紹與應用發展」此一議程中,意法半導體產品行銷經理余玟宏則說明STM32系列具備9大產品系列與32個產品線,涵蓋Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7等5種MCU核心,是意法半導體瞄準物聯網產業領域的利器,也為ST創造龐大營收。意法半導體2015年公司凈收入達到69億美元。其中微控制器和數位IC事業部就貢獻22.9億美元之多。

預期未來的互聯設備所採用的MCU將以32位元為主,因此STM32系列是意法半導體進軍物聯網的戰鬥主力。針對日趨激烈的物聯網市場爭奪戰,意法半導體提供的多元微控制器產品及解決方案、完整的開發工具,以及快速支援各種產業需求的技術能力,將是物聯網應用業者在此一極端發散的市場中勝出的重要關鍵。

事實上,在物聯網及智慧終端應用領域中,意法半導體的微控制器產品及解決方案可說是無所不在。自從意法半導體於2007年推出第1顆Cortex-M內核的STM32系列微控制器開始,經過10年的長期耕耘,至2015年底累積出貨量已突破10億顆,堪稱全球32位元微控制器成長最快的品牌,現今更獲得越來越多物聯網應用業者的採用。意法半導體並預計在明年量產STM32 H7。

力推開放式開發環境  加速系統設計

為推動物聯網快速普及,意法半導體堅持開放式開發環境,以快速滿足客戶的嵌入式系統設計需求,STM32開放式開發環境(Open Development Environment;ODE)就是因應需求而推出。推出一年多以來,此開發平台已成為功能完整的整合開發生態系統。

STM32開放式開發環境是以STM32 ARM Cortex 32位元微控制器為基礎,環境包含全套的功能擴展板,讓使用者能夠在開發中的產品上輕鬆增加感測器、通訊介面、電源管理、動作控制和致動,以及訊號轉換功能。

此外,STM32 ODE還包含預先整合的套裝軟體、評估平台和參考設計,適用於多種嵌入式系統應用。模組化硬體結合完整的軟體,讓設計人員能夠快速開發原型,順利地將創意轉化成終端設計。

發展至今,除了與Arduino Shield的擴展板相容外,開發環境共有20餘款STM32 Nucleo開發板和20餘款STM32 Nucleo擴展板,為開發人員提供開發智慧物件和物聯網應用所需的全部功能。

其中包括「處理」,也就是最佳化選擇,設定正確的功耗、記憶體容量和微控制器週邊設備等;「感測」,9軸MEMS動作感測器、環境感測器、近距離感測器、測距感測器和MEMS麥克風;「連接」,低功耗藍牙、Wi-Fi、NFC和Sub-GHz射頻;「動作控制和致動」,DC馬達驅動器、步進馬達驅動器、三相DC無刷馬達驅動器;「訊號轉換」,透過運算放大器調整訊號;此外,不只是硬體,STM32 ODE還結合了開發板和擴展板,以及完整的同類軟體發展環境。

MCU通過標準認證  確保物聯網安全

意法半導體技術行銷經理閻欣怡則針對物聯網安全提出說明,她指出意法半導體的安全MCU經過最新安全標準認證及支付相關認證(通用準則EAL6+、EMVCo、CuP),涵蓋了接觸式和非接觸式通信的完整範圍介面,包括ISO/IEC 7816、ISO/IEC 14443 A類 & B類、NFC、USB、SPI和I²C。

她並且強調,在快速發展的互聯數位世界中,安全顯得更為重要,物聯網中的每一台裝置,包括智慧電視、智慧冰箱、智慧咖啡機等都有可能被駭客入侵,因而引發危害事件,而意法半導體所推出安全微控制器和安全型完整解決方案,可以保護使用者的隱私安全,讓物聯網能加速普及。

更多關鍵字報導: 意法半導體(STMicroelectronics) NFC