善用ST技術能量 打造創意與實用兼具的NFC/RFID智慧平台

ST25為智慧應用的最佳解決方案。ST

技術與標準不斷推陳出新的NFC/RFID，已然成為現代生活最常用的無限辨識技術。然而此技術應用場域漸趨多元，要讓系統效益如期浮現，設備必須因地制宜調整架構，為協助業者掌握產業脈動，以完整產品線與先進技術建立市場口碑的意法半導體(ST)，特於日前舉辦「開啟無限應用想像 NFC/RFID觸動智慧大商機線上研討會」，深入剖析技術發展趨勢與ST的多項解決方案。

智慧應用多元 NFC/RFID開拓無線充電功能

ST策略行銷經理黃鐙誼首先以「實現安全、便利且具備NFC無線充電的智慧產品」為題，點出NFC技術再無限充電的應用趨勢。他表示藍牙，Wi-Fi、NFC/RFID…等無線通訊技術已普及多年，不過當中的NFC/RFID技術可同時傳輸資訊與電力，這也是即便智慧型手機不斷迭代，此技術不只未被淘汰，應用之廣度與深度仍不斷提升的主因。

NFC/RFID可分為需要電力的讀寫器(Reader)與不需要電力的電子標籤(Tag)。設備運作時，先由讀寫器產生磁通量，在特定距離內電子標籤接收來自讀寫器的電流，並讓標籤內的IC產生動作，緊接著讀寫器會將資訊傳送至電子標籤，後者進行解調後再將訊號回饋給讀寫器，以完成最終之能量與資料的傳遞。黃鐙誼進一步解析NFC/RFID的電子標籤架構，此架構由IC與天線組成，天線可為印刷式電路，能因應不同使用情境設計成多種形狀，輕易貼合於各種設備。

再就頻段來看，NFC/RFID可分為低頻(LF)、高頻(HF)與超高頻(UHF)三種頻段：低頻為125kHz～134 kHz，傳輸距離可達1公尺，抗水性也較佳，主要用於動物晶片；高頻為13.56MHz，傳輸距離較短，大多作為工業與醫療物件管理與資產追蹤等用途；超高頻頻段則為860MHz~960MHz，傳輸距離達到10公尺，多用於交通、物流等領域。由於NFC/RFID的頻段眾多且應用範圍廣，為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同的標準，包括ISO 14443與ISO 15693。

NFC/RFID早期多用於物件識別，後期延伸至電子支付，其他應用也逐一浮現。為了讓各種創新應用有規範可依循，NFC Forum制定出NDEF規範，讓NFC的資料交換格式有統一標準。只要手機的作業軟體(OS)具備NDEF格式，不需開發上層應用軟體，即可透過NFC與內建NDEF的電子標籤交換資料，對手機廠商、軟體開發工程師與使用者來說相當便利。以現在常見的電子設備維修保固為例，已有印表機廠商將產品資訊寫入貼附在印表機的NDEF電子標籤上，日後產品需要維修時再持讀寫器讀取資料，此舉可解決以往維修人員難辨產品真偽，造成印表機廠商營運成本大增的問題。

再就NFC/RFID的硬體架構來看，黃鐙誼表示，其架構可分為標準電子標籤、動態電子標籤與讀取器三種，標準電子標籤內部僅有IC與天線，即可與手機進行雙向讀寫，其應用以消費性產品、資產管理、品牌保護為主。動態電子標籤在IC與天線之外另加入I2C、PWM等有界面，可與MCU連接並其參數與韌體，之後可利用讀寫器雙向傳輸，再由MCU執行設定動作，大多用於工業系統、燈光控制、智慧儀表、健康照護…等領域。讀寫器除了讀寫電子標籤上的資料外，還可以與手機、智慧卡連接，POS機台、車載系統等設備均有應用。

ST深耕NFC/RFID多年，其產品線包括ST25T系列的標準電子標籤、ST25D系列的被動式電子標籤，讀寫器則是ST25R系列產品。在這三類產品中，黃鐙誼特別介紹ST25D被動式電子標籤，他指出，智慧產品若處於故障無法供電狀態，內部資料將難以讀取，此時若以被動式電子標籤取代設備內的記憶體，即可在無電源的狀態下讀取內部資料。如果在產線中，製程人員可在無電源的狀態下，透過讀寫器直接編寫設備的韌體與參數，提升生產效率。

從產品分類來看，ST的NFC/RFID電子標籤部分，可區分為ISO 14443、ISO 15693兩大標準產品。ISO 14443產品包括ST25TA、ST25TB、ST25TN與ST25TR，ISO 15693則有ST25TR。在產品規格部分，ST大幅擴展其涵蓋範圍，記憶體容量從512 bit～64k bit均有，操作溫度寬達-40℃～85℃，出貨模式則有封裝與裸晶兩種。動態電子標籤方面，ST產品主要為ISO 15693標準，連外介面有I2C與PWM可供選擇，藉以協助開發者獨立且安全進行編程。至於讀寫器則有NFC高頻與超高頻兩種，擁有多種不同電力瓦數、傳輸距離的產品，可支援國際金融智慧支付標準EMVC0 3.0與車用AEC-Q100認證等產品。

對於產品新應用，除了已然普及的物件辨識與電子支付外，有鑑於NFC/RFID獨特的能量傳輸特色，NFC Forum已針對此技術的無線充電制定出對應標準，由於的瓦數較低，因此充電物件大多是小型週邊設備。

NFC Forum定義的NFC/RFID無線充電架構包括接收端的Listener(WLC-L)與發射端的Poller(WLC-P)，其運作方式是透過Listener與Poller之間的NDEF標準交換數據，傳輸方式則有Static與Negotiated兩種，前者的最大傳輸功率為，100mW，後者則是大功率傳輸，有0.25 W、0.5 W、0.75 W、1W等四種傳輸等級，未來應用將聚焦在隨身耳機、智慧手錶、感測設備與數位設備配件等，目前ST已推出WLC-Poller與WLC-Listener兩種NFC/RFID無線充電開發板，協助客戶快速完成產品設計，搶攻無線充電新商機。

完整產品生態 應用大放異彩

在「ST25 NFC/RFID生態系統」演講中，ST應用專案經理李慶嘉介紹了ST25豐富的產品生態系。他指出，ST25的開發生態系包括硬體、軟體、工具與文件等四大類型。硬體部分，ST有提供Nucleo 擴充板、Discovery kit 和 EMVCo 開發板，ST也提供對應的線路圖、零件表、Gerber files等資源給客戶作為開發應用時的參考，軟體部分則提供RFAL、ST25 SDK、ST25 Embedded NFC Library、對應不同功能之韌體的程式範例、對應開發板的電腦軟體，以及在Android和iOS上的App和資源程式碼。ST另外也提供幫助客戶客製化天線設計的開發工具，此外還有基本的文件包括Data Sheet、user manual、Application note等各種文件，都可以協助工程師縮短NFC應用所需的開發時程。

李慶嘉接著依序介紹ST的各種開發板。他指出NFC/RFID的應用多元，每款產品對應的使用環境大不相同，電子標籤的天線設計、IC選用必須考量場域特色與配套系統，對此ST設計出不同架構的NFC/RFID開發板，以ST25TV為例，ST提供天線較小的開發板，可用於智慧卡、鑰匙圈、手環…等多種形狀各異的物件和應用，另外ST也針對I2C、PWM等不同功能的NFC元件推出專屬對應的開發板。

軟體方面，ST為強化手機、平板等行動設備的NFC/RFID開發效率，特別推出了ST25 SDK，此軟體工具使用Java語言，可在Android、iOS或PC上的系統開發軟體。在天線部分，ST的eDesignSuite平台可快速根據提供的線寬、線距等關鍵參數計算出NFC/RFID天線的電感值，可以有效的幫助設計適合的NFC天線，另外Data Sheet、Application note等文件，也可幫助工程師的產品設計以及作為參考。

NFC/RFID要順利運作，需要MCU的強力支援。ST在MCU領域已有深厚布局，無論是產品線或開發生態系都相當完整。ST技術行銷專案經理張世昌在「STM32系列產品導覽與介紹」演講中指出，ST的MCU產品線可分為無線、超低功耗、主流架構、高效能與MPU等五類。開發生態系則以STM32Cube系列為主，STM32Cube家族包含多種軟體，從設計、研發、燒錄到後續的除錯一應俱全，另外ST也提供了MCU的人機介面開發工具，其STM32 TouchGFX包括DESIGNER、GENERATOR與ENGINE等三大區塊，可輕鬆快速協助開發者在不同STM32家族中開發高效能的人機介面。

在產品部分，張世昌介紹了ST近期推出的超低功耗MCU—STM32U5系列，此款MCU採用Arm^R Cortex^R-M33核心，可滿足可穿戴式裝置、物聯網裝置、個人醫療裝置、家庭自動化和工業感測器等智慧化設備最嚴苛的電源/效能要求。STM32U5系列微控制器透過高達2MB的快閃記憶體和786KB的SRAM將效能提升到更高水準。STM32U5提供多元的產品組合，目前已有8種封裝(48至169腳位)，支援高達125°C環境溫度。在系統安全部分，STM32U5 採用ARM Cortex-M33核心，支援ARM的TrustZone技術和ST特定的安全功能集，並導入AES加密和公鑰運算加速器(PKA)、硬體獨特金鑰(CHUK)等多項創新資安設計，實現硬體防禦旁路攻擊的能力。並且通過ARM PSA Level 3及SESIP(物聯網平台安全評估標準) Level 3 的安全認證。

ST的NFC/RFID目前已有龐大的應用實例，近期泰碩電子就利用ST的產品設計出高強度資安解決方案，在「NFC模組介紹及應用展示」議題中，泰碩電子行動事業處業務經理翁得善就介紹了兩款產品。首先是該公司整合ST25D與隨身碟所打造的UFD，此產品可透過物理性加密特色，大幅提升設備的資安防護等級。另一款產品則是外掛式身分認證裝置，此裝置內建ST的NFC/RFID讀取器，使用者必須經過物理認證，才能解鎖設備讀寫資料，這類設備可應用於智慧手機、個人電腦，適用於高科技製造、金融、醫療等對資料機敏性有高度要求的場域。

黃鐙誼最後表示，隨著智慧化趨勢的加速，NFC/RFID的應用觸角將越來越廣，ST在此領域的完整產品線與生態系，將是業者開發產品最佳助力，有意了解更多資訊者可洽詢ST團隊，透過雙方的合作共同掌握市場新商機。