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RFID/NFC技術不斷突破 迎接智慧生活龐大商機

  • 賴品如

意法半導體亞太區代理商業務總監 陳志旭。

智慧化是近年來IT領域最重要的趨勢,透過智慧化的設計,大幅提升身邊的各種電子設備的效能與易用性,而RFID/NFC是早期智慧化系統所應用的技術之一,在低功耗、易攜帶、快速存取的特色下,包括門禁、物流、醫療等領域都已採用RFID/NFC作為系統的一部分。不過隨著智慧化趨勢的加深,RFID/NFC也需要同步進化,意法半導體(ST)於近日所舉辦之「智慧聯網技術研討會–RFID/NFC觸動龐大商機 ST落實智慧願景」,以技術與應用面兩端,剖析目前的發展狀態。

3大驅動力量 建構ST領先地位

益登科技資深產品協理 劉景渤。

意法半導體產品行銷經理 黃鐙誼。

韋僑科技 Marketing Specialist Stanley Chen 。

意法半導體行銷專案經理 吳祥民。

意法半導體技術行銷專案經理 王柏雄。

意法半導體技術行銷經理 閻欣怡。

ST亞太區代理商業務總監陳志旭指出,ST是技術走向的企業,先進研發中心遍布全球,目前已有大約17,000項專利,研發人員超過7,400名,在RFID/NFC方面更是深耕多年。而就市場近期發展來看,智慧物件與物聯網無疑是兩大重要趨勢,透過技術的研發,ST也不斷擴大此一領域的技術應用。

在智慧物件,ST主要產品包括車用IC、離散元件、功率電晶體、類比與工業轉換IC等,物聯網領域則有MEMS和專業成像感測器、數位ASIC與泛用型安全MCU EEPROM。ST向來力求其產品品質策略保持與客戶一致期望進而達到市場的領導地位,預計將透過以「客戶為中心」、「確保品質」、「強化領導地位」等3個驅動力量達到此一目標,每個驅動因素也都有各自的特定關注領域,建構起ST的領導地位。

除了本身的技術投入外,通路商也是ST擴展產品應用的重要力量,益登科技資深產品協理劉景渤表示,益登科技希望可以透過公司的橋接媒合,將廠商的高品質產品導入市場。對於未來發展,益登科技則看好物聯網、數據中心、雲端計算、自動化技術、車用、醫療、工業控制與其他新興應用。而在多數領域中,RFID/NFC將是不可或缺的技術,透過縝密的售前技術支援與售後服務,促使供需雙方的成功。

RFID/NFC應用多元 ST以完整產品線布局市場

對於RFID/NFC的技術與應用,ST產品行銷經理黃鐙誼在「無源感應能量帶領物聯網新未來」演講中指出,智慧化設備已逐漸滲透到我們的日常生活中,無論是手機、無人機、智慧音箱等電子式裝置,或是衣服、球鞋、家具等非電子設備,都可以加入各類型智慧元件擷取運作數據,並將之傳輸加以應用。

現在多數電子設備的電力來源都離不開電路板,而RFID不須內建供電設計即可運作的方式,則在物聯網時代大有可為。黃鐙誼介紹RFID的原理,主要是透過讀取器產生電磁場,並在電源電壓中轉換至標籤,載波頻率則由讀取器調製將訊息發送到標籤,標籤反向散佈載體以便將訊息發送回讀取器,並修改阻抗。

就頻段類別來看,RFID可分為低頻、高頻、超高頻等3段。低頻運作頻段為125kHz~134 kHz,高頻為13.56MHz,超高頻則為860 MHz~960 MHz。這3段的特色不同,其應用也各有區別,目前ST的產品則集中在低頻。至於NFC是可與物聯網設備互動的交互式技術,屬於近場通訊的短距離無線通訊標準,運作是與RFID高頻相同的13.56MHz,其標準也同樣是ISO14443和ISO15693,其互動性與零耗電特色,讓此技術非常適用於物聯網架構。近年來NFC的技術快速普及,2017蘋果的iPhone已將NFC應用於ApplePay,並從iOS11開始支援NFC讀取器。

過去的無電源數據讀取標準與技術演進,最初開始是現在仍大量使用的一維條碼,後期數據量更大的二維條碼(QR Code)出現,應用也逐漸拓廣。RFID/NFC被視為第3代標準,當初主要是希望透過其主動、可讀寫、可加密等特色取代QR Code,不過這兩項技術各有優缺點,各自的應用領域也仍難以被取代的。

對於未來發展,黃鐙誼認為在智慧物件與穿戴式裝置中,RFID/NFC的應用潛力相當深厚,包括智慧電表、照明、車載、冷鏈物流、工業設備、機器人等,都市非常適合的領域,而其中多數領域目前也都已應用。對於ST在NFC的布局,黃鐙誼特別介紹了M24SR、M24LR、ST25DV等動態標籤。其中M24SR採用非揮發性記憶體作為儲存,即便斷電依舊能保存數據,除採用ISO 14443-A無線協定與NFC Type4外,透過工業標準的I2C介面與裝置的主控端溝通,M24SR不僅讓手機可快速與藍牙設備達成配,也可透過手機安裝App後,協助設備進行時鐘校準、自動重啟。

ST25DV-I2C則提供長程RFID介面,相容於ISO 15693功能的NFC手機,具有創新的能源採集輸出功能,能提供系統能量,因此能達到無電池設計。上述通訊協定為ISO 15693與NFC TypeV傳輸速率為53kb/s,ST25DV-I2C系列元件可作為儀表的黑盒子,可儲存錯誤、登入資訊以及驗證日期,其介面能讓電力線、ZigBee或低於Giga赫茲RF通訊更完備。

除了先前提到的兩類RFID/NFC標籤IC外,ST的ST25家族系列產品,針對不同應用推出對應IC,包括雙介面、可快速傳輸模式能量收集裝置的ST25DV,其具備可設定中斷功能、RF管理,以及低功率模式。此標籤亦可透過I2C介面、13.56MHz RFID讀取裝置或NFC手機進行操作。

I2C雙線介面在I2C協定中扮演從屬角色,非接觸式介面相容於ISO/IEC 15693標準及NFC TypeV標籤。另外不同密度的ST25TV、ST25TA、適用於公共交通和運輸的ST25TB等,則提供了完整的解決方案。另外,ST25RU系列是高效能、低功耗及低成本的超高頻讀寫器,其讀寫距離可長達10公尺,非常適合智能物聯免電源或智能無人零售的應用。

精準設計 安全與效能兼具

在「物聯智慧生活」議題中,韋僑科技Marketing Specialist Stanley Chen則介紹該公司的新產品0806 動態標籤模組 (0806 Dynamic Tag Module),韋僑科技主要生產RFID轉發器(Transponder),其製程先由IC著手,ST也是其重要夥伴,IC進場後即開始模組化封裝,並自行開發天線,再透過壓合, 塑膠射出, 或捲料對貼等技術製成卡片或工業用電子標籤,目前韋僑科技憑藉多年製卡經驗,與台灣3大票證公司均有合作,另外還包括門禁用感應扣、Tag、Label與NFC感測器等產品。

在0806動態標籤模組部分,此款產品採用ST M24SR02-Y/ST25DV04K與I2C介面,內建由韋僑設計的鐵氧體天線,使用者端就算無RF專業知識,亦可實現導入NFC的應用,另外表面SMD設計,可降低裝配成本。此模組為雙向頻道通訊設計,RF介面可讓兩台進行RF/NFC連接讀寫,I2C介面則可向MCU發送指令以進行配置,此模組為創先採用Ferrite sheet材質的RFID電子標籤,可快速安裝於金屬物體時也能不受干擾進行通訊,韋僑科技未來將持續開發其他以Ferrite sheet為基底的RFID電子標籤產品,並協助客戶快速導入RFID技術。

在設計方面,ST行銷專案經理吳祥民特別介紹NFC讀取器與標籤的天線設計與量測技術。他指出,ST的NFC標籤規格表詳細列出內部電容值,此一數據會對應到與外部天線感值設計。他以ST的M24SR為例指出,內部已有電容值數據,在設計天線時只要將此數據代入公式,即可獲得天線的感值。M24SR (ISO14443) 與ST25DV/M24LR(ISO15693)所需要的最佳頻率不同,ST設計M24SR晶片的內部電容值25pf與ST25DV / M24LR晶片的內部電容值27.5pf,使得ST25D 系列產品可使用相同天線。

對於電路板的天線設計,動態NFC標籤必須儘可能以幾毫米距離靠近天線佈置,任何額外的導線與走線,都會改變天線特性與調變,另外也需考量天線上下方與周圍是否有電路板的接地層。讀取器部分,則以ST25R的CR95HF為例。此部分流程有3個步驟,必須先測量天線阻抗,第2步是使用CR95HF EMI濾波器計算工具估算C11,C12,C2和ZRX阻抗值,最後在不為電路板供電的情況下,使用網路分析儀測量TX1和TX2之間的電路輸入阻抗,若有必要,再行調整C11,C12和C2電容值

除了RFID/NFC外,MCU也是智慧生活的重要技術。ST技術行銷專案經理王柏雄表示,ST在MCU領域已是全球領導廠商,旗下的STM32家族產品線相當完整,從初階的STM32L到高階的STM32F7、STM32H7一應俱全,並取得Arm全系列的Cortex-M Core授權。

在ST的MCU中,王柏雄特別介紹今年推出的STM32WB,此款產品為Cortex-M4與Cortex-M0+雙核無線通訊IC。其中 Cortex-M4微控制器負責應用軟體的運作;Cortex-M0+則執行低能耗藍牙(BLE) 5或IEEE 802.15.4射頻即時處理任務,其射頻控制器還支援其它無線通訊協定,像是Thread或專有通訊協定,為設備物聯網提供更多連接選擇。

資安設計是近年來物聯網與智慧物件的重點,ST技術行銷經理閻欣怡特別以「STSAFE—強化物聯網的設備安全」為題,介紹ST在物聯網設備的資安設計。她指出,物聯網擷取各設備數據,將透過傳輸、分析等動作,制定出最佳化的益用策略,在整體運作過程中,若未加防範,資訊極容易被盜取。

ST的STSAFE-A100有共同準則Common Criteria EAL5+認證,可防止偽造、複製和資訊盜用,防止拒絕服務性網路攻擊,同時內建安全的嵌入式作業系統,可提供身分驗證、安全通訊、安全資料管理和平台資料完整性服務,例如,安全啟動和韌體升級,金鑰和隱密資訊的個人化服務則可在意法半導體廠內完成,而ST的完整的生態系統STM32 Necleo開發板快速整合,並有示範案例的整合函式庫,將可加快使用者的開發時程。

隨著各種智慧化應用的逐漸落地,市場對RFID/NFC的需求加快,透過此次研討會的演講,已可看到不斷突破的技術與應用,而現場所展示的實際產品,也讓與會者可以獲得實際驗證,為即將到來的龐大商機做好準備。