ST25DV04K/16K/64K：動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的深度剖析

在當(dāng)今的電子領(lǐng)域，NFC/RFID技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，為各種設(shè)備帶來了便捷的無線通信功能。ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K這三款動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，憑借其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中脫穎而出。今天，我們就來深入探討一下這三款芯片的特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

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芯片概述

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K分別提供4 Kbit、16 Kbit和64 Kbit的電可擦除可編程存儲(chǔ)器（EEPROM）。它們具有兩個(gè)接口，一個(gè)是 (I^{2} C) 串行鏈路，可由直流電源供電；另一個(gè)是RF鏈路，當(dāng)芯片作為非接觸式存儲(chǔ)器時(shí)，由接收到的載波電磁波供電。這種雙接口設(shè)計(jì)使得芯片在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中都能靈活使用。

芯片特性

接口特性

• (I^{2} C) 接口：支持1MHz的 (I^{2} C) 協(xié)議，單電源電壓范圍為1.8V至5.5V，可進(jìn)行多字節(jié)寫入編程（最多256字節(jié)）。
• 非接觸式接口：基于ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)，獲得NFC Forum Type 5標(biāo)簽認(rèn)證，支持所有ISO/IEC 15693調(diào)制、編碼、子載波模式和數(shù)據(jù)速率，自定義快速讀取訪問速度可達(dá)53 Kbit/s。

內(nèi)存特性

• EEPROM內(nèi)存：根據(jù)版本不同，最多可達(dá)64-kbits。 (I^{2} C) 接口按字節(jié)訪問，RF接口按4字節(jié)塊訪問。
• 寫入時(shí)間：從 (I^{2} C) 寫入1字節(jié)典型時(shí)間為5ms，從RF寫入1塊典型時(shí)間為5ms。
• 數(shù)據(jù)保留：長(zhǎng)達(dá)40年。
• 寫入周期耐久性：在不同溫度下有不同的寫入周期次數(shù)，如25°C時(shí)為100萬次，85°C時(shí)為60萬次等。

其他特性

• 快速傳輸模式：通過256字節(jié)的專用緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn) (I^{2} C) 和RF接口之間的快速數(shù)據(jù)傳輸。
• 能量收集：具有模擬輸出引腳，可為外部組件供電。
• 數(shù)據(jù)保護(hù)：用戶內(nèi)存可分為1至4個(gè)可配置區(qū)域，通過RF的三個(gè)64位密碼和 (I^{2} C) 的一個(gè)64位密碼進(jìn)行讀寫保護(hù)；系統(tǒng)配置通過RF和 (I^{2} C) 的64位密碼進(jìn)行寫保護(hù)。

芯片封裝與信號(hào)

芯片提供多種封裝形式，包括8引腳（SO8N、TSSOP8、UFDFPN8）、10球（WLCSP）和12引腳（UFDFPN12）。不同封裝適用于不同的應(yīng)用需求，例如開漏中斷輸出和CMOS中斷輸出等。

信號(hào)方面，涉及到能量收集（V_EH）、中斷輸出（GPO）、串行數(shù)據(jù)（SDA）、串行時(shí)鐘（SCL）、天線線圈（AC0、AC1）等多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)都有其特定的功能和方向。例如，V_EH用于能量收集輸出，GPO用于指示各種事件，SDA和SCL用于 (I^{2} C) 通信。

電源管理

有線接口

在 (I^{2} C) 模式下，需要在指定的 (V_{CC}) 電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的電源。電源上升時(shí)間不能超過1V/μs，并且在電源上升過程中，芯片有上電復(fù)位（POR）電路，以防止意外寫入操作。在寫入操作時(shí)，需要注意快速傳輸模式必須在寫入操作前停用，否則可能導(dǎo)致編程失敗。

非接觸式接口

在RF模式下，芯片需要在特定的電磁場(chǎng)內(nèi)工作，并且在啟動(dòng)RF電路時(shí)，RF場(chǎng)需要在無調(diào)制的情況下開啟一段時(shí)間，以確保芯片正常啟動(dòng)。在關(guān)閉RF電路時(shí)，RF場(chǎng)需要關(guān)閉一段時(shí)間以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

內(nèi)存管理

內(nèi)存組織概述

芯片的內(nèi)存分為用戶內(nèi)存、動(dòng)態(tài)寄存器、快速傳輸模式緩沖區(qū)和系統(tǒng)配置區(qū)域四個(gè)主要區(qū)域。用戶內(nèi)存可分為4個(gè)靈活的用戶區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可通過特定密碼進(jìn)行讀寫保護(hù)；動(dòng)態(tài)寄存器可提供動(dòng)態(tài)活動(dòng)狀態(tài)或臨時(shí)激活/停用某些功能；快速傳輸模式緩沖區(qū)作為 (I^{2} C) 和RF接口之間的郵箱，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)配置區(qū)域包含靜態(tài)寄存器，用于配置芯片的各種功能，其訪問受64位配置密碼保護(hù)。

用戶內(nèi)存

用戶內(nèi)存可從 (I^{2} C) 和RF接口訪問，但訪問方式不同。 (I^{2} C) 接口按字節(jié)訪問，RF接口按塊訪問。用戶內(nèi)存還可以分為不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有不同的訪問權(quán)限，并且在編程區(qū)域大小時(shí)需要遵循特定的規(guī)則。

系統(tǒng)配置區(qū)域

系統(tǒng)配置區(qū)域的靜態(tài)寄存器可通過RF和 (I^{2} C) 接口訪問，但需要相應(yīng)的安全會(huì)話才能進(jìn)行寫入操作。在RF模式下，需要打開RF配置安全會(huì)話并確保配置未鎖定；在 (I^{2} C) 模式下，需要打開 (I^{2} C) 安全會(huì)話。

動(dòng)態(tài)配置

動(dòng)態(tài)寄存器允許臨時(shí)修改芯片的行為或報(bào)告其活動(dòng)狀態(tài)。這些寄存器是易失性的，在POR后不會(huì)恢復(fù)到之前的值。動(dòng)態(tài)寄存器可通過RF和 (I^{2} C) 接口訪問，無需密碼。

快速傳輸模式郵箱

快速傳輸模式使用256字節(jié)的專用郵箱緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn) (I^{2} C) 和RF之間的消息傳輸。在RF和 (I^{2} C) 模式下，都可以對(duì)郵箱進(jìn)行讀寫操作，但需要確?？焖賯鬏斈Ｊ揭褑⒂?，并且郵箱處于可用狀態(tài)。

芯片特定功能

快速傳輸模式（FTM）

FTM通過256字節(jié)的緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn) (I^{2} C) 和RF之間的快速數(shù)據(jù)傳輸。在使用FTM時(shí)，需要注意相關(guān)的寄存器設(shè)置，如MB_MODE、MB_WDG、MB_CTRL_Dyn和MB_LEN_Dyn等。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要確保電源供應(yīng)正常，并且郵箱處于可用狀態(tài)。

GPO

GPO信號(hào)用于向 (I^{2} C) 主機(jī)提醒外部RF事件或芯片進(jìn)程活動(dòng)。它支持多種中斷模式，可報(bào)告RF場(chǎng)變化、RF活動(dòng)、內(nèi)存寫入完成等事件。GPO的輸出模式可通過相關(guān)寄存器進(jìn)行配置，并且在不同的電源和RF場(chǎng)條件下有不同的表現(xiàn)。

能量收集（EH）

能量收集功能可在外部條件允許時(shí)提供微瓦級(jí)的功率。通過EH_MODE寄存器可設(shè)置能量收集的默認(rèn)策略，EH_CTRL_Dyn寄存器可動(dòng)態(tài)激活或停用能量收集功能。在進(jìn)行能量收集時(shí)，需要注意RF通信可能會(huì)受到影響，并且能量收集電壓輸出未經(jīng)過調(diào)節(jié)。

RF管理功能

RF管理功能允許芯片忽略RF請(qǐng)求。通過RF_MNGT和RF_MNGT_Dyn寄存器可控制RF通信的狀態(tài)，提供RF睡眠模式、RF禁用模式和RF正常模式三種模式。

接口仲裁

芯片會(huì)自動(dòng)仲裁RF和 (I^{2} C) 接口的獨(dú)占使用，遵循“先到先服務(wù)”的原則。當(dāng)一個(gè)接口忙碌時(shí)，另一個(gè)接口的請(qǐng)求可能會(huì)被拒絕或返回錯(cuò)誤代碼。

數(shù)據(jù)保護(hù)

芯片提供基于密碼的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，保護(hù)用戶內(nèi)存和系統(tǒng)配置的靜態(tài)寄存器。RF用戶和 (I^{2} C) 主機(jī)可通過密碼打開安全會(huì)話來訪問受保護(hù)的數(shù)據(jù)。不同的安全會(huì)話有不同的訪問權(quán)限，并且動(dòng)態(tài)寄存器和快速傳輸模式郵箱不受安全會(huì)話保護(hù)。

操作模式

(I^{2} C) 操作

芯片支持 (I^{2} C) 協(xié)議，包括啟動(dòng)條件、停止條件、確認(rèn)位（ACK）等。在 (I^{2} C) 操作中，還涉及到超時(shí)機(jī)制、設(shè)備尋址、寫入操作、讀取操作和密碼管理等方面。例如，在寫入操作時(shí)，需要注意快速傳輸模式必須在寫入操作前停用，否則可能導(dǎo)致編程失??；在讀取操作時(shí)，需要確保相應(yīng)的區(qū)域未被保護(hù)或安全會(huì)話已打開。

RF操作

芯片在RF模式下遵循ISO/IEC 15693或NFC Forum Type 5的建議，進(jìn)行無線功率傳輸和通信。RF通信涉及到激活芯片、傳輸命令和響應(yīng)等操作，并且有特定的操作場(chǎng)、功率傳輸、頻率等要求。芯片還支持多種RF命令，如Inventory、Read Single Block、Write Single Block等，每個(gè)命令都有其特定的請(qǐng)求格式、響應(yīng)格式和錯(cuò)誤代碼。

芯片參數(shù)與訂購(gòu)信息

設(shè)備參數(shù)

芯片有一定的絕對(duì)最大額定值，包括環(huán)境溫度、存儲(chǔ)溫度、引腳電壓、電流等方面的限制。在使用芯片時(shí)，需要確保操作條件在這些額定值范圍內(nèi)，以避免對(duì)芯片造成永久性損壞。

訂購(gòu)信息

訂購(gòu)信息包括設(shè)備類型、內(nèi)存大小、設(shè)備特性、工作電壓、設(shè)備等級(jí)、封裝和電容等方面的信息。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適的芯片型號(hào)。

總結(jié)

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K這三款芯片具有豐富的功能和特性，適用于各種NFC/RFID應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要充分了解芯片的接口特性、內(nèi)存管理、特定功能、操作模式等方面的知識(shí)，以確保芯片的正常使用。同時(shí)，還需要注意芯片的參數(shù)限制和訂購(gòu)信息，選擇合適的芯片型號(hào)和封裝形式。希望本文對(duì)大家在使用這三款芯片時(shí)有所幫助，如果你在使用過程中有任何問題或疑問，歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。