ST25DV04KC/16KC/64KC：多功能NFC/RFID標(biāo)簽IC的技術(shù)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)備和系統(tǒng)帶來了便捷與高效。ST25DV04KC、ST25DV16KC和ST25DV64KC這三款設(shè)備，作為NFC RFID標(biāo)簽，以其獨(dú)特的功能和特性，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。下面，我們就來深入剖析這三款設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié)。

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一、產(chǎn)品概述

ST25DV04KC、ST25DV16KC和ST25DV64KC分別提供4Kbit、16Kbit和64Kbit的電可擦除可編程存儲(chǔ)器（EEPROM）。它們具備兩種接口：I2C串行接口可由直流電源供電運(yùn)行；RF接口則在設(shè)備作為非接觸式存儲(chǔ)器時(shí)，由接收到的載波電磁波供電激活。這種雙接口設(shè)計(jì)使得設(shè)備在不同的應(yīng)用場景中都能靈活使用。

二、產(chǎn)品特性

（一）接口特性

1. I2C接口
   • 支持1MHz的雙線I2C串行協(xié)議，單電源電壓范圍為1.8 - 5.5V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
   • 可進(jìn)行多字節(jié)編程，最多可達(dá)256字節(jié)，提高了數(shù)據(jù)寫入的效率。
   • 具有可配置的I2C目標(biāo)地址，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。
2. RF接口
   • 基于ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)，獲得了NFC Forum Type 5標(biāo)簽認(rèn)證，兼容性強(qiáng)。
   • 支持ISO/IEC 15693的所有調(diào)制、編碼、子載波模式和數(shù)據(jù)速率，能滿足不同的通信需求。
   • 自定義快速讀取訪問速度可達(dá)53Kbit/s，大大提高了數(shù)據(jù)讀取的速度。
   • 支持單塊和多塊讀取、寫入操作，操作靈活。

（二）內(nèi)存特性

• 不同版本的設(shè)備提供不同容量的EEPROM，I2C接口按字節(jié)訪問，RF接口按4字節(jié)塊訪問。
• 寫入時(shí)間方面，從I2C寫入1 - 16字節(jié)典型時(shí)間為5ms，從RF寫入一個(gè)塊典型時(shí)間為5ms。
• 數(shù)據(jù)保留時(shí)間長達(dá)40年，寫入循環(huán)耐久性在不同溫度下有所不同，如在25°C時(shí)可達(dá)100萬次。

（三）其他特性

1. 快速傳輸模式
   • 通過256字節(jié)的專用緩沖區(qū)（郵箱）實(shí)現(xiàn)RF和I2C接口之間的快速數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)交換的效率。
2. 能量收集
   • 具有模擬輸出引腳，可在滿足條件時(shí)為外部組件供電，實(shí)現(xiàn)能量的有效利用。
3. 數(shù)據(jù)保護(hù)
   • 用戶內(nèi)存可分為1 - 4個(gè)可配置區(qū)域，通過RF的三個(gè)64位密碼和I2C的一個(gè)64位密碼進(jìn)行讀寫保護(hù)，保障數(shù)據(jù)的安全性。
4. GPO引腳
   • 可配置輸出引腳，能提供RF和I2C活動(dòng)信息，可根據(jù)多種RF和I2C事件觸發(fā)中斷，方便用戶監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。
5. 低功耗模式
   • 10球和12引腳封裝支持低功耗模式，通過輸入引腳觸發(fā)，降低設(shè)備功耗。
6. RF管理
   • RF命令解釋器可由I2C主機(jī)控制器啟用或禁用，I2C具有優(yōu)先級(jí)，可立即關(guān)閉RF，方便用戶對(duì)RF通信進(jìn)行控制。

三、內(nèi)存管理

（一）內(nèi)存組織

ST25DVxxKC的內(nèi)存分為四個(gè)主要區(qū)域：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。用戶內(nèi)存可進(jìn)一步劃分為四個(gè)靈活的用戶區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可通過特定的64位密碼進(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?？焖賯鬏斈Ｊ骄彌_區(qū)作為RF和I2C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，用于配置設(shè)備的所有功能，其訪問受64位配置密碼保護(hù)。

（二）用戶內(nèi)存

1. 訪問方式
   • RF接口按4字節(jié)塊尋址，I2C接口按字節(jié)尋址。
   • RF擴(kuò)展讀寫命令可訪問所有內(nèi)存塊，其他讀寫命令最多只能訪問到FFh塊。
2. 用戶內(nèi)存區(qū)域
   • 用戶內(nèi)存可劃分為不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有不同的訪問權(quán)限。RF和I2C的讀寫命令在同一區(qū)域內(nèi)有效，跨越區(qū)域邊界可能會(huì)導(dǎo)致操作失敗。
   • 每個(gè)用戶內(nèi)存區(qū)域由結(jié)束地址ENDA定義，起始地址由前一個(gè)區(qū)域的結(jié)束地址隱含定義。通過設(shè)置ENDA寄存器可調(diào)整區(qū)域大小，但需遵循一定的規(guī)則，如ENDAi - 1 < ENDAi ≤ ENDAi + 1 = 內(nèi)存結(jié)束地址。

（三）系統(tǒng)配置區(qū)域

• 包含靜態(tài)寄存器，可通過RF的專用讀寫配置命令和I2C的讀寫命令進(jìn)行訪問。
• RF配置安全會(huì)話需通過提供有效的RF配置密碼來開啟，I2C安全會(huì)話需通過提供有效的I2C密碼來開啟，才能對(duì)系統(tǒng)配置寄存器進(jìn)行寫訪問。

（四）動(dòng)態(tài)配置

• 具有一組動(dòng)態(tài)寄存器，可臨時(shí)修改設(shè)備行為或報(bào)告設(shè)備活動(dòng)。部分靜態(tài)寄存器在動(dòng)態(tài)寄存器中有映像，動(dòng)態(tài)寄存器的值可由應(yīng)用程序更新，以臨時(shí)修改設(shè)備行為。

（五）快速傳輸模式郵箱

• 用于在RF和I2C世界之間傳輸消息，最多可容納256字節(jié)的數(shù)據(jù)。
• RF和I2C均可按字節(jié)訪問郵箱，但訪問時(shí)需滿足一定條件，如快速傳輸模式必須啟用，郵箱必須空閑等。

四、特定功能

（一）快速傳輸模式（FTM）

1. 寄存器
   • 靜態(tài)寄存器FTM用于控制快速傳輸模式的啟用和看門狗持續(xù)時(shí)間。
   • 動(dòng)態(tài)寄存器MB_CTRL_Dyn用于控制和狀態(tài)指示，如啟用或禁用快速傳輸模式、指示消息來源等。
2. 使用方法
   • ST25DVxxKC作為RF（閱讀器、智能手機(jī)）和I2C主機(jī)（微控制器）之間的郵箱，每個(gè)接口可通過郵箱向?qū)Ψ桨l(fā)送最多256字節(jié)的數(shù)據(jù)。
   • 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，快速傳輸模式必須啟用，郵箱必須空閑，且VCC必須存在。接收方通過中斷或輪詢MB_CTRL_Dyn寄存器來得知消息的存在。

（二）RF管理功能

1. 寄存器
   • RF_MNGT和RF_MNGT_Dyn寄存器用于配置和控制RF模式，包括RF正常模式、禁用模式、睡眠模式和關(guān)閉模式。
2. 模式控制
   • 不同模式下，設(shè)備對(duì)RF請(qǐng)求的處理方式不同。RF關(guān)閉模式可由I2C通過特定命令控制，且具有最高優(yōu)先級(jí)。

（三）接口仲裁

設(shè)備自動(dòng)根據(jù)“先到先服務(wù)”的原則仲裁RF和I2C接口的獨(dú)占使用。當(dāng)RF忙碌時(shí)，I2C接口對(duì)除RFSwitchOff和RFSwitchOn之外的所有I2C命令回答NoAck；當(dāng)I2C忙碌時(shí)，RF命令可能無響應(yīng)或返回錯(cuò)誤代碼。

（四）GPO

1. 中斷功能
   • 可報(bào)告多種RF和I2C事件，如RF_FIELD_CHANGE、RF_PUT_MSG、I2C_WRITE等，通過不同的寄存器進(jìn)行配置。
2. 寄存器
   • 四個(gè)寄存器GPO1、GPO2、GPO_CTRL_Dyn和IT_STS_Dyn用于配置和監(jiān)控GPO功能，用戶可根據(jù)需求啟用或禁用不同的中斷源。

（五）能量收集（EH）

1. 寄存器
   • EH_MODE寄存器用于定義能量收集的默認(rèn)策略，EH_CTRL_Dyn寄存器用于動(dòng)態(tài)激活或停用能量收集功能，并提供能量收集和電源狀態(tài)信息。
2. 工作原理
   • 當(dāng)能量收集模式啟用且RF場強(qiáng)足夠時(shí)，V_EH引腳輸出模擬電壓；否則，V_EH引腳處于高阻狀態(tài)。能量收集電壓輸出未經(jīng)過調(diào)節(jié)。

（六）數(shù)據(jù)保護(hù)

1. 寄存器
   • 多個(gè)寄存器如RFAiSS、I2CSS、LOCK_CCFILE、LOCK_CFG等用于保護(hù)用戶內(nèi)存和系統(tǒng)配置靜態(tài)寄存器。
2. 密碼和安全會(huì)話
   • 設(shè)備提供三種安全會(huì)話：RF用戶安全會(huì)話、RF配置安全會(huì)話和I2C安全會(huì)話，通過密碼開啟。不同安全會(huì)話具有不同的訪問權(quán)限。
3. 用戶內(nèi)存保護(hù)
   • 每個(gè)內(nèi)存區(qū)域可通過RF的三個(gè)密碼和I2C的一個(gè)密碼進(jìn)行獨(dú)立的讀寫保護(hù)，RF塊0和1可獨(dú)立寫鎖定。
4. 系統(tǒng)內(nèi)存保護(hù)
   • 系統(tǒng)內(nèi)存默認(rèn)寫保護(hù)，I2C主機(jī)需開啟I2C安全會(huì)話才能對(duì)系統(tǒng)配置靜態(tài)寄存器進(jìn)行寫訪問，RF用戶需開啟RF配置安全會(huì)話且系統(tǒng)配置未鎖定才能進(jìn)行寫訪問。

五、I2C操作

（一）I2C協(xié)議

支持I2C協(xié)議，包括起始條件、停止條件、確認(rèn)位和數(shù)據(jù)輸入等操作。設(shè)備在通信中作為目標(biāo)設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸由總線控制器發(fā)起。

（二）I2C超時(shí)

為防止RF通信凍結(jié)，設(shè)備具有超時(shí)機(jī)制，包括起始條件超時(shí)和時(shí)鐘周期超時(shí)，超時(shí)后I2C邏輯塊將自動(dòng)復(fù)位。

（三）設(shè)備尋址

總線控制器通過發(fā)送設(shè)備選擇代碼來啟動(dòng)與目標(biāo)設(shè)備的通信，設(shè)備選擇代碼由4位設(shè)備類型標(biāo)識(shí)符和3位芯片使能位組成，第八位為讀寫位。

（四）I2C寫操作

1. 字節(jié)寫入
   • 總線控制器發(fā)送設(shè)備選擇代碼和地址字節(jié)后，發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。若寫入未被禁止，設(shè)備回復(fù)Ack；否則，回復(fù)NoAck。
2. 順序?qū)懭?/strong>
   • 最多可一次寫入256字節(jié)，但需滿足數(shù)據(jù)在同一用戶內(nèi)存區(qū)域且地址可寫的條件。寫入完成后，內(nèi)部編程時(shí)間取決于寫入的字節(jié)數(shù)。