智慧應用 影音
德州儀器工業股份有限公司
DFourm0222

零接觸趨勢帶動智慧商機 ST NFC/RFID刺激物聯網多元應用

  • 賴品如台北

泰碩電子經理李大永首先該公司利用ST開發版所設計的解決方案。泰碩電子
泰碩電子經理李大永首先該公司利用ST開發版所設計的解決方案。泰碩電子

Covid-19疫情來襲,降低病毒傳輸成為各國政府的首要之務,在此態勢下,無須接線就可傳輸訊號與能源的NFC/RFID,其應用快速擴增,ST(意法半導體)所舉辦的IoT線上研討會「善用ST NFC/RFID,智慧商機 一觸即發」,由ST NFC/RFID策略行銷經理黃鐙誼、專案經理李慶嘉、泰碩電子經理李大勇與文燁科技產品行銷經理謝金村,聯手解析如何透過NFC/RFID技術優勢與ST的協助,打造智慧化設備。

ST完整產品布局  NFC/RFID應用既廣且深

ST NFC/RFID策略行銷經理黃鐙誼。意法半導體

ST NFC/RFID策略行銷經理黃鐙誼。意法半導體

黃鐙誼在「如何實現安全、方便、低成本的智慧產品」演講中指出,現在的物件可分為手機、家電等有電設備與球鞋、衣物、家具之類的無電產品兩類,無論是哪一類物件,都可透過NFC/RFID使之具備智慧化功能,近年來落地速度加快的AIoT,則讓此趨勢進一步增溫。

仔細觀察AIoT架構,可歸納出使用者對智慧化物件已產生資安、低功耗、低成本語意用性等四大需求,而NFC/RFID是這四大問題的最大解答。黃鐙誼以電子設備的管理為例,過去,電子設備只要出現無法維修的故障狀態就只能丟棄,使用者無法了解故障原因何在,NFC/RFID則可透過無線連結方式,將設備中的記憶體資料取出,協助使用者了解故障原因。而除了訊號傳輸之外,NFC/RFID也是唯一能傳輸能量的通訊標準,因此其應用範圍遠較其他通訊技術更為寬廣。

NFC/RFID可分為低頻(LF)、高頻(HF)與超高頻(UHF),LF頻段主要作為動物晶片,HF大多用於工業、醫療的物件管理與資產追蹤,UHF的長距離傳輸特色,則適用於交通、物流等領域,為了讓市場供需雙方有明確的產品設計與應用規範,國際標準組織制定出傳輸距離不一的ISO 14443與ISO 15693兩種標準,另外由NFC Forum制定並維護的NDEF規範,則定義了NFC的資料交換格式,在此標準格式下,NFC/RFID的使用得以更智慧、便利。

ST在NFC/RFID的布局非常完整,其Tag產品的銷售量已連續六年拿下全球第一,足可見其品質。黃鐙誼指出,就架構面來看,NFC/RFID可分為電子標籤(Tag)、動態電子標籤(Dynamic Tag)與Reader(Reader),ST在這方面都有對應產品。

在Tag方面,ST的產品線可以ISO 14443、ISO 15693兩大標準區分,前者包含了ST25TB與高低兩種密度的ST25TA,後者也有高低兩種密度的ST25TV與ST25TV Energy Harvesting。ST的Tag產品涵蓋範圍相當廣,記憶體容量從512 bit到64k bit,可承受的操作溫度則為-40℃∼85℃,為了滿足不同的設計需求,ST提供了封裝與裸晶兩種產品模式。

對於ST的Tag產品,黃鐙誼特別介紹了ST25TV512C/02KC兩款產品。相較於過去的電子標籤, ST25TV512C/02KC增加了篡改檢測功能,開發者可以透過增強型NDEF通訊的高靈活特色,不須開發APP,快速開發出對驗證資產完整性有高度要求的驗證系統。

另外ST25TV512C/02KC也有先進保護功能,例如攻擊失敗次數限制,計數器的64位元加密密碼可有效地確保資料安全;TruST25數位簽章功能則能驗證晶片真偽;不可追蹤和終止模式可確實保障保護使用者隱私。

Dynamic Tag部分,ST在ISO 14443提供了M24SR,ISO 15693則有M24LR、ST25DVI2C、ST25DV-PWM等產品,這些產品的規格多元,並有多種封裝模式,客戶可視本身需求選擇合適產品。

在眾多Dynamic Tag產品中,黃鐙誼特別介紹了ST25DVI2C與ST25DV-PWM。ST25DVI2C為ISO15693和NFC Type V,有256 Byte的緩衝區作為快速數據傳輸,工作溫度寬達-40至+125°C,低功耗的I2C, 讓此款產品擁有超長運作時間。次外,也強化I2C各種特性,包括改善寫入時間、位址配置、接取優先設定等功能。應用方面,此產品可與NFC手機 / HF閱讀器快速交換數據,簡便升級MCU韌體、透過開箱即用的編程進行參數設置與更新。

ST25DV-PWM也是ISO15693與NFC Type V,其適用於LED驅動、馬達控制、供電設備等各種工業場域。此款產品為2k-bit記憶體,供電範圍為1.8V∼5.5V,同時提供多種資產和資料保護功能,包括用於身份驗證的TruST25™數位簽章機制,獨立的32/64位元密碼保護區可防止非法接取標籤內的EEPROM。ST25DV-PWM的主要優勢是2合1晶片,透過NFC連結PWM的特色,可大幅優化低階照明解決方案的成本,不須透過MCU驅動系統的設計,則可降低BOM成本。

在Reader部分,ST旗下擁有不同瓦數、傳輸距離的產品,可滿足多種不同場域需求,黃鐙誼則介紹了其中三款產品。首先是高性能NFC通用設備與EMVCo Reader ST25R3916。

此款產品為NFC Forum通用型設備,在5V時,其輸出功率為1.6W、峰值電流為2.5W,通過國際金融智慧支付標準EMVC0 3.0認證,無需外接功率放大器,可自動調變天線,特殊的電容喚醒設計,讓此晶片的運行和待機模式保持低功耗,是電子支付的最佳選擇,同也適用於設備接取、遊戲與物聯網配對。

ST25R3918為多用途NFC讀寫器,是Reader加上Tag的最佳組合,主要應用於設備接取、遊戲與消費性產品。ST25R3918支援NFC-A和NFC-F卡模擬模式,可用作高資料速率的NFC-A/B讀寫器和資料速率高達53 kbps的NFC-V讀寫器,卡片模擬模式支援手機上的最新功能。終端客戶可透過手機與搭載此晶片的設備輕鬆互動,簡單碰觸即可啟動手機App,還能支援裝置設定和方便的NDEF資料傳輸。

ST25R3920是專為智慧車鑰打造的Reader。透過ST25R3920打造的電子車鑰,可讓駕駛以智慧手機解除/啟動車鎖,除此之外還可延伸出更多加值功能,像是開鎖權限的分享,就可應用於於汽車共享商業模式中。

此外這款產品也符合車聯網聯盟(CCC)數位鑰匙標準2.0版,當手機電量過低,正常功能無法使用時,車主仍可使用手機上開鎖功能。整體而言,ST的ST25R Reader可應用於電子支付、車用裝置接取、建築與家庭設備控制、各類設備ID識別認證等領域,設備與系統供應商可藉此協助使用者打造快速、方便、低成本的智慧化機制。

ST全面技術支援 大幅縮短產品開發時程

除了Tag、Dynamic Tag與Reader等產品外,ST也提供技術支援,並透過不同類型的開發版協助工程師縮短產品設計時程。ST專案經理李慶嘉表示,ST25擁有豐富的產品生態系,除了Tag與Reader外,還有各種軟硬體、工具與文件,協助工程師快速完成產品開發。

ST25產業生態鏈中的硬體包括STM32Nucleo、Discovery Kit、示範板、BOM表與Gerber檔;軟體部分則有STM32Cub、Mobile Apps、PC Software Tool;工具方面有天線設計與匹配工具;文件部分包括Data Sheet、Application note等。相關資料都可在ST的網站上找到,另外為了方便下載各種程式,他也建議工程師註冊ST官網帳號。

李慶嘉緊接著介紹ST25的各種開發板,其中ISO 14443A的ST25TA具有小體積特色,天線線圈為12 turn,直徑僅18mm,其Tag bag有多種尺寸,可符合不同空間需求的產品。ST25TV為UDFPN5封裝,天線尺寸為9turn 48x39mm,此產品有閉迴路設計,如果Tamper pin被拉斷,設備內部即可得知此產品已被拆封。ST25DV-PWM的開發板為Discovery kit,天線尺寸為49x26mm 8turns,此款開發板的特色是有兩排LED,可接取2組通道藉此監控PWM的訊號。

另外ST25DV-I2C、M24SR、M24LR、ST25R3911B等不同NFC/RFID產品,ST也都提供了對應的單板、STM32Nucleo與Discovery Kit,再加上STM32Cube、天線設計工具與QUCS模擬平台等各種軟硬體技術支援,工程師的開發工作效率得以進一步優化。

善用ST產品優勢  打造最佳化智慧產品

除了ST兩位專業經理人講解外,這次線上研討會也邀請了泰碩電子與文曄科技,分別就ST25R與STM32兩項產品提供精采的分享。泰碩電子經理李大永首先該公司利用ST開發版所設計的解決方案,包括將手機資料傳輸到電腦上,並讓手機螢幕同步顯示在電能螢幕上,使用者可從電腦操作手機的各種作業與資料交換。

另外業者也可善用NDEF格式,讓NFC/RFID的應用更多元。泰碩電子在現場以電子名片檔案的作業做示範,使用者只需把有Tag的隨身碟置於Reader上方,隨身碟內的電子名片檔案就會自動傳輸到電腦上,使用者可透過電腦進行各種檔案處理,隨身碟也可與智慧手機連結,將電子名片檔案傳送到手機內。

文曄科技產品行銷經理謝金村則介紹了ST旗下的MCU–STM32產品線、STM32Cube生態系與多種最新技術規格。目前STM32依功能可分為無線、超低功耗、主流、高效能等四類產品,再加上MPU,成為市場最完整的微控制器與微處理器產品組合,為了確保客戶端的投資,這些產品都有至少10年的長供期保證。

除了MCU與MPU外,ST也有STM32 MCU專屬的開發工具軟體–STM32Cube,STM32Cube的軟體工具從配置、開發、編程到最後的監控測試等環節一應具全,再結合ST的開發板與其他硬體工具,工程師可藉此降低產品開發難度。

在超低功耗,謝金村指出穿戴式裝置、個人醫療設備、家庭自動化和工業感測器等智慧應用對功耗效能比的要求越來越高,STM32U5的超低功耗則可滿足此需求。此產品整合了高效能Arm Cortex-M33內核與ST的創新節能技術與晶片IP模組,可在降低功耗的同時提升處理效能。另外STM32U5在安全防護與資料儲存方面,也有獨特設計,相當適合物聯網的智慧物件。

無線通訊已成為現在各類電子設備的必要功能,對此謝金村介紹了ST的STM32WB系列。此款MCU為STM32L4 Arm Cortex-M4 MCU與Cortex-M0+雙核心,達到節能降耗且可同時執行無線協議和即時任務等兩大目標,是遠端感測器、可穿戴跟蹤器、大樓自動化控制器、電腦週邊設備、無人機和其他物聯網設備的理想選擇。

近年來物聯網成為全球各類型產業的焦點,ST針對物聯網通訊機制所鎖設計的STM32WL系列,則可讓使用者打造兼具高效節能及可靠性的物聯網裝置。此產品是業界是第一款將LoRa收發器整合在矽晶片上的無線MCU,可滿足工業和消費性物聯網市場中各種低功率廣域網路(LPWAN)無線應用的需求。

謝金村進一步表示,文曄科技善用STM32強大的無線功能,打造出IEEE 802.11b/g/n無線通訊模組,其傳輸速率高達 65Mbit/s;另外文曄科技也利用ST的麥克風晶片與STM32F4系列,結合Audio DAC設計出語音辨識模組,這些產品都可協助設備與系統業者建構多樣化智慧物件,掌握日益龐大的物聯網市場商機。