NFC/RFID應用典範 意法攜手實現物聯網大創意

意法半導體亞太區業務總監 陳人福。

台北訊
意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)在台灣與友尚集團共同舉辦以物聯網(Internet of Thing)應用為主的研討會，主題為「NFC/RFID毫微感應，ST連接創意大未來」的技術饗宴，於2018年4月17日(星期二)在新竹喜來登酒店舉行。看好近場通訊(Near Field Communication；NFC)技術在物聯網應用領域的爆發式成長良機，ST介紹旗下的系列半導體解決方案，包括NFC/RFID、類比感應元件、微控制器(MCU)、感測器等產品發展，現場並展示各種最新產品及應用實例。

意法半導體亞太區業務總監陳人福的開場致詞時，彰顯ST在2017年財報上的好表現，其主要的成長引擎就在於有效地掌握物聯網技術的爆發式成長，物聯網技術藉由感測器與雲端服務，無遠弗屆串聯真實世界的即時訊息，當中所激發的無限創意，加速企業創新的腳步，各式各樣如雨後春筍般展現的使用情境，不斷加速產業界創新的腳步，其中NFC/RFID的技術除了電子裝置上大行其道之外，在汽車電子、工業4.0應用上更是展現令人耳目一新的設計，這也成為NFC/RFID技術的最佳舞台。

非電子性商品使用NFC技術的腳步也不遑多讓，例如運動功能紡織品，零售門市以集客能力為主的應用，產品識別及各式軟體的即時更新，搭配生產物流管理，以及愈來愈多樣化的智慧型電子裝置，儼然成為一下個備受注目的關鍵發展領域，相關延伸之電子元件、半導體解決方案和服務所創造的商機將十分可觀。

NFC突破裝置連網障礙，力推無電源條件下的關鍵應用

意法半導體產品行銷經理黃鐙誼，提綱挈領摘要ST25系列產品線的發展動態與第一手的市場動向，他觀察到現今主流的智慧型產品大量整合人工智慧技術的優勢，其中在產品生產中無電源或產品故障無電源情境下的應用，ST25皆能提供優越的能量輸出，一直是產業界所急需的關鍵技術。

這當中最引人注目首推NFC/RFID的技術，這是一種無線技術，可以在NFC Reader與標籤兩端進行非接觸式點對點的傳遞資料與能量，其中NFC標籤的核心記憶體是EEPROM，其間所被看中的為資料保留期限、重複書寫次數和資料保護能力。ST所提供的半導體解決方案是廣受業界所推崇的主要供應商，在消費電子、電腦週邊、家電、工業自動化和健康保健產品等領域大受好評。ST除了相關的控制與運算的晶片之外，記憶體晶片當然不可少，尤其是ST的高品質的EEPROM產品，已經從2005年起連續13年維持全球第一的排名。ST的記憶體產品讓NFC/RFID的應用，有更完整、穩定的效能展現。

NFC/RFID若是依感應距離來區隔，可以區分為3~ 10公分的短距離，以及150公分的長距離兩種，主要是分別由短距離的ISO 14443與長距離的ISO 15693的規格標準來加以規範，短距離NFC應用常見於手機的行動支付系統；長距離的NFC應用更是日益受到重視，NFC功能已經植入到Android與OS X陣營的智慧型手機上，大量節省系統廠商開發App的工作，對NFC應用之推廣有強大的推波助瀾之效，市場規模令人期待，預估在2020年，扣除傳統智慧型手機上的使用量，仍有400億美元的產值，前途大好。

談到NFC Tag技術，黃鐙誼進一步說明ST25動態NFC標籤設計的重要，這個主要由晶片與天線所組成的線路，資料經由Reader與標籤之間做雙向的讀取，標籤端不用電源就可以運作，由於ST25晶片可以由NFC/RFID reader充分截取所傳遞的能量，並提供優越的能量輸出，讓電子產品無需接電源或電池即可正常工作，這是智能產品所急需的關鍵技術。另外，ST25讓每一個裝置具備唯一的UID碼的特性，這讓產品履歷資料或識別的應用，特別受用。

長距離ISO 15693的NFC為主的應用益發朝向多元化發展，黃鐙誼舉出幾個實用的應用範例，例如ST25DV透過增加RAM記憶體容量，大幅改善MCU裝置利用NFC無線傳輸做系統韌體更新時的速度；此外，在低功率模式的範例中，ST25DV-W系列晶片，提供直接PWM輸出而用來驅動低功耗馬達，這有助於在高山、野外或不易取得電源時，利用NFC技術來做為緊急應變與特殊的應用。

電子紙的資料更新，亦是使用NFC技術的另一個賣點。電子紙在資料更新內容時才需要用電，藉由NFC感應而提供電能以啟動資料雙向傳遞與更新資料內容。另外，利用指紋辨識卡來做門禁管制的應用，也有異曲同工之妙，指紋辨識卡感應NFC裝置後，門禁系統確認之後啟動門鎖而進入，這些應用都示範使用低階MCU裝置的低成本優勢，所以產品可以做的更小、更美觀也更簡易。

利用NFC做為家電產品如微波爐、洗衣機與電視的參數設定，在德國的智慧電表甚至使用NFC取代DIP 開關的設定，這些應用將肅立更多的典範應用，無論LED的亮度設定、倉儲管理中清點數量與版本管理等用途的推出，皆加速NFC技術的大量普及。

冷鏈物流管控，準確追蹤產品保鮮期的應用

集佳公司(GIGA-TMS)受邀展示RFID在冷鏈物流的應用，所謂的冷鏈物流是指溫度敏感商品在適當溫控下運送的管理技術，冷鏈物流一般常用於高經濟作物如鮮花、鮮乳、魚蝦蟹、肉品等生鮮農漁牧產品，以及人命攸關的醫療疫苗等物流的管制，有鑑調查報告現高達46%的冷藏運輸車輛是不合格的，所以讓集佳投注於發展冷鏈物流管理的監測系統。

這個稱為「BEE COOL」的解決方案包括手持式讀取器、溫度記錄器與桌上型讀取器等選配裝置，追蹤紀錄冷鏈物流的運行，偵測斷鏈的狀況。集佳的溫度計錄器(稱為Data Logger)有兩種不同的外觀設計以因應不同的使用情境與要求，可自由地設定溫度紀錄的週期時間，這兩種Data Logger配備不同大小的電池與讀取設定，最多可以使用超過一年的時間。

使用上將Data Logger裝配在需要監控的物流商品上，利用手持式讀取器或是桌上型讀取器將溫度資料上傳到雲端的伺服器，並加以分析物流過程的溫度控制的狀況，進而提供即時精準的保鮮期參考。在食品消費方面，消費者掃描對應的QR CODE，可獲取欲購買商品的運送溫度資訊，除原本的生產履歷，配合運送溫度訊息，提供更完整的食安資訊。

BEE COOL 的Location ID的地理座標的追蹤功能，當冷鏈發生狀況時，何處斷鏈不再是未知的難題。手持式讀取器另配有藍牙裝置與條碼讀取器。可透過藍牙與手機App進行連線，讓操作員一目了然所有的溫度資訊。條碼讀取器，讓此套BEE COOL能更順利的導入目前仍多以條碼進行管理的各類型產業，更快速地進入下一個世代的管理技術RFID。

未來BEE COOL的解決方案將涵蓋氣體、濕度與震動的感測器的偵測技術，將應用範疇擴充到更多關鍵、高價值的物品管制與追蹤。

迎接NFC天線設計的挑戰，意法半導體提供完整設計工具

NFC技術藉由讀取器和標籤的天線短暫接觸時，將資料與能量做直接交換的步驟中，必須仰賴兩者低頻天線將資料與能量輻射出去而達到傳遞的效能，所以天線設計的良莠決定二者傳輸的效率與實際功能的表現，ST資深技術行銷工程師吳祥民於會中介紹NFC天線設計的工程挑戰。

NFC天線隨著應用場域的限制，以及在智慧型裝置大小的考量，都連帶影響PCB線路板的設計。為了因應NFC標籤天線頻率的微調，往往需要預留外部電容裝置來調整實際的頻率，而NFC具備ISO 15693長距離與ISO 14443短距離的不同規範。以短距離NFC裝置為例，當讀取器與標籤近距離接觸時，會產生較大的互感效應，造成頻率下降趨勢，所以ISO 14443標籤的天線的設計需要將頻率升高，作為補償。因此，ISO 15693與14443規格裝置的NFC標籤天線設計所需要的最佳頻率點不相同。

目前ST所提供的天線參考設計，根據上述不同的需求而設計，提供系統廠商的設計團隊做為參考。若使用的PCB尺寸相近，甚至可以一併直接套用，以節省系統開發時間。如果需要特殊設計的天線，也可以在ST的網站上尋找相關於eDesignSuite的設計工具，將PCB尺寸與不同設計參數輸入而得到協助。

天線設計需要配合機構的相應設計，測試時用網路分析儀加以量測，雖然設計天線大小不一，NFC標籤天線的頻率基準點需要用外部電容加以補償回來，而Reader的射頻前端(RFFE)的設計，在PCB設計皆需要個別的量測，ST已經提供EVK的評估設計輔助套件，這可以大幅度節省天線設計所需要的時間。

物聯網應用主流:STM32微控制器系列

ST的MCU產品線自2007年推出第1顆搭載arm Cortex-M核心的STM32開始，經過10年的長期耕耘，已經發展出一個完整的微控制器開發平台和生態系統。

隨著越來越多物聯網應用與智慧型邊緣運算裝置上市，意法半導體產品行銷經理余玟宏認為STM32系列產品的發展非常的積極。他直言STM32的功能變得更豐富，但是價格更親民，一舉讓32位元MCU的未來發展開創更大的應用領域。

目前ST的四大MCU產品線，涵蓋高效能(High-Performance)、主流(Mainstream)、超低功耗(Ultra-Low-Power)，以及無線系列(Wireless)高效能系列MCU, 因應日益增加的高速運算的能力的需求，MCU內部的RAM記憶體不斷增大之外，浮點運算指令集則提高運算的精確度，DSP指令集縮短運算的時間。對於考量需要由電池驅動而著重於超低功耗能力表現的MCU產品線，同步也採用相對更小的半導體封裝技術，兼顧超省電與超小型外觀尺寸的應用。

即將上市的無線系列是ST強調物聯網應用中重要的戰略布局，余玟宏表示，針對不同的功能與技術要求，ST都有完整的產品組合，以滿足產品在功耗與效能的無止境的追求。

ST另一個最重要的承諾，就是提供產品出貨十年的保證。對於使用者衡量產品生命週期時，ST給予最大的支持。針對競爭日趨激烈的微控制器產品， 並推動物聯網應用的快速普及，ST提供的多樣化MCU產品及完整解決方案。特別值得一提的是STM32完整的開發工具，以及快速支援產業界需求的技術能力，這是ST之所以在MCU市場中勝出的關鍵能力。 並且堅持開放式開發環境，透過STM32 Nucleo開發板、STM32馬達控制軟體開發模組、STM32CubeMX軟體開發環境，以及整合AWS服務所需要的X-CUBE-AWS開發套件，建構出完整的開發者生態系統。目前已推出的多種評估板，範圍涵蓋ST全系列MCU產品線，協助系統廠商快速導入MCU的應用。

意法半導體高精確MEMS感測器，為人工智慧分析的精準預估的打下基礎

ST對於以工業4.0與智慧製造和汽車製造產業所需要的MEMS感測器已經有長期的合作經驗。產品技術經理陳建成分享ST的MEMS感測器的應用與發展。他自豪地表示意法半導體感測器的出貨已經超越130億顆，雖然以數量來說，MEMS感測器用在傳統的消費性電子與手機的市場所佔大宗，但是新興的應用逐漸朝向汽車電子與智慧製造的應用快速擴張。

他指出多樣化RF模組與多種物聯網應用所需的無線傳輸模組，其整合了MEMS感測器，且發展迅速，其呈現異軍突起的大勢。ST透過技術合作，頻藉著敏銳的市場資訊與觀察，緊跟著市場效益成長而開發新的感測器，許多新的產品整合了包括麥克風、雙頻 Sigfox與BLE組合，或是更多的MEMS壓力計整合到手機與穿戴式裝置上。而特殊的智慧生活應用，有愈來愈多的應用仰賴感測器所提供的高準確度資訊，以其為人工智慧分析的精準預估的基礎，所以MEMS的產品從小封裝、低功耗、以及愈來愈精確的MEMS感測器產品，紛紛搶進重要的市場，因為物聯網的應用需要分析資料能力愈來愈高，所以感測器的精準度決定未來的勝負。

MEMS感測器大量安裝在汽車上，舉凡六軸陀螺儀加上環境感測器，以及加速度器和麥克風的組合，用來提供更多的關鍵數據，讓自駕車的演算法更容易判斷與預測真實的路況與使用者情境。同樣的狀況也不斷地複製到工業應用上，諸如加速度器、陀螺儀、麥克風與無線連接的應用，讓智慧製造不斷追求最大化的效率，感測器融合的技術勢必為汽車電子與智慧製造的發展帶來更豐沛的市場機會。