NFC 天线设计的好坏,与天线设计空间和其周围的环境因素密切相关,它们直接影响着其通信距离。通常的设计要求主要有:
(1)天线设计区域的环境:天线下方可有电池,伹无其它明噪声干扰源。
(2)设计面积一般要求在1500mm²。
(3)必须添加合理的ferrite以防止涡流的产生增加天线的通信距离。
(4)基于以上经验要求天线的最大通信距离可以达到5cm。
NFC即近场通信,它是一种非接触式识别和互联技术。作为一项新的技术,目前在手机中得以逐渐的推广开来,具有广阔的商业应用前景,成为将来手机应用的必备功能。
NFC系统的工作原理如下:首先读写器将要发送的位息,经编码并加载到高频载波信号上再经天线向外发送。当进入读写器工作区域的电子标签接收到此信号,其卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、 解密,然后对命令请求、密码、权限等进行判断。
天线作为任何一个无线通信系统都是不可或缺的一部分,NFC系统也小例外。NFC天线工作频率是13.56MHz,采用电感耦合方式传递射频信号。当前手机NFC天线均采用FPC形式,天线布线采取螺旋绕线方式。
对于NFC 天线来说,主要有以下技术指标: 品质因素Q值、电感L、电阻R和通倌距离。
nfc的原理信息
NFC交换数据可以有主动模式和被动模式两种。主动模式是NFC的设备具有电源供电可发起于其他NFC的信息的交互。被动模式是指具有NFC的设备通过电磁感应产生电量供其交互信息。NFC的传输速率有106kbps、212kbps、424kbps。NFC从底层到应用层,涉及到很多标准,下面简单列举一下相关的标准:
1)ISO/IEC: ISO14443、ISO18092、ISO15693、ISO21481、ISO7816
ISO/IEC 联合信息技术委员会(ISO/IEC JOINT TECHNICAL COMMITTEE FOR INFORMATION TECHNOLOGY )是国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合组建的第一个标准化技术委员会。
NFC技术是符合ISO18092、ISO21481标准,兼容ISO14443、ISO15693等射频标准。
ISO18092标准,介绍了13.56MHz的NFC相关协议内容, ISO18092后来增加了 ISO15693 的兼容,形成新的 NFC 国际标准IP2,也就是 ISO21481。
ISO 14443和ISO 15693二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率:ISO15693读写距离较远,当然这也与应用系统的天线形状和发射功率有关;而ISO 14443 读写距离稍近,但应用较广泛,目前的第二代电子身份证采用的标准是ISO 14443 TYPE B协议。 ISO14443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议。通信速率为106kbits/s,它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。
ISO7816是接触式智能卡的标准,但是其中有一部分定义了与应用相关的规范,可以用在非接触式智能卡中。
2)ECMA340、ECMA352等
ECMA340是ISO18092的前身,它被ISO接收后成为了ISO18092;而ECMA352是ISO21481的前身。
ECMA(European ComputerManufacturers Association)实际上是欧洲最牛的标准组织。
3)NFC Forum
它是一个行业标准是将ISO14443、ISO18092及JIS X6319-4(Felica)融合在一起的用于支持NFC-A/B/F的技术。在其中NFC的模式有读写模式、卡模拟模式以及点对点模式。
下图是NFC的标准架构图
NFC是什么技术?
NFC技术原理
支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下,启动NFC通信的设备,也称为NFC发起设备(主设备),在整个通信过程中提供射频场(RF-field),。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度,将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必产生射频场,而使用负载调制(load modulation)技术,即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容,因此,NFC发起设备在被动模式下,可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备,并与之建立联系。图为NFC主动通信模式:
NFC与RFID区别
第一、NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片,而rfid必须有阅读器和标签组成。RFID只能实现信息的读取以及判定,而NFC技术则强调的是信息交互。通俗的说NFC就是RFID的演进版本,双方可以近距离交换信息。NFC手机内置NFC芯片,组成RFID模块的一部分,可以当作RFID无源标签使用进行支付费用;也可以当作RFID读写器,用作数据交换与采集,还可以进行NFC手机之间的数据通信。第二、NFC传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。第三、应用方向不同。NFC看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯,有源RFID则更擅长在长距离识别。随着互联网的普及,手机作为互联网最直接的智能终端,必将会引起一场技术上的革命,如同以前蓝牙、USB、GPS等标配,NFC将成为日后手机最重要的标配,通过NFC技术,手机支付、看电影、坐地铁都能实现,将在我们的日常生活中发挥更大的作用 。
传统比较
NFC和蓝牙(Bluetooth)都是短程通信技术,而且都被集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序。NFC也可以简化蓝牙连接。
NFC略胜蓝牙的地方在于设置程序较短,但无法达到低功率蓝牙(Bluetooth Low Energy)的速度。在两台NFC设备相互连接的设备识别过程中,使用NFC来替代人工设置会使创建连接的速度大大加快:少于十分之一秒。NFC的最大数据传输量 424 kbit/s 远小于 Bluetooth V2.1 (2.1 Mbit/s)。虽然NFC在传输速度与距离比不上蓝牙 (小于 20 cm),但相应可以减少不必要的干扰。这让NFC特别适用于设备密集而传输变得困难的时候。相对于蓝牙,NFC兼容于现有的被动 RFID (13.56 MHz ISO/IEC 18000-3) 设施。NFC的能量需求更低,与蓝牙 V4.0低功耗协议类似。当NFC在一台无动力的设备(比如一台关机的手机,非接触式智能信用卡,或是智能海报)上工作时,NFC的能量消耗要小于低功耗蓝牙 V4.0。对于移动电话或是移动消费性电子产品来说,NFC的使用比较方便。NFC的短距离通信特性正是其优点,由于耗电量低、一次只和一台机器链接,拥有较高的保密性与安全性,NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。NFC的目标并非是取代蓝牙等其他无线技术,而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。
具体对比如下表: NFC 蓝牙 红外 网络类型 点对点 单点对多点 点对点 使用距离 ≤0.1m ≤10m ≤1m 速度 106、212、424、868、721、115Kbps 2.1 Mbps ~1.0 Mbps 建立时间 <0.1s 6s 0.5s 安全性 具备, 硬件实现 具备,软件实现 不具备, 使用IRFM 时除外 通信模式 主动-主动/被动 主动-主动 主动-主动 成本 低 中 低 NFC天线
一种近场耦合天线,由于13.56Mhz波长很长,且读写距离很短,合适的耦合方式是磁场耦合,线圈是合适的耦合方式。由于手机之类的消费型产品有很高的外观要求,因此天线一般需要内置。但是天线内置后,天线就必须贴近主板或电池(都含有金属导体成分)。这样设计的后果是,天线会在导体表面产生涡流来削弱天线的磁场。因此,业界在手机中通常采用磁性薄膜(如TDK等公司生产)贴合FPC方式来做天线。一种新技术是磁性薄膜与FPC合一,也即磁性FPC。
发展前景
NFC具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点,这让它在某些领域显得更具潜力——NFC通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合,能够实现各种设备在几厘米范围内的通信,而费用仅为2~3欧元。据ABIReasearch有关NFC有最新研究,NFC市场可能发迹于移动手持设备。ABI估计,到2005年以后,市场会出现采用NFC芯片的智能手机和增强型手持设备。到2009年,这种手持设备将占一半以上的市场。研究机构Strategy Analytics预测,至2011年全球基于移动电话的非接触式支付额将超过360亿美元。如果NFC技术能得到普及,它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式,甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。 NFC作为一种新兴的技术,大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过,它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术,而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。因为NFC的数据传输速率较低,仅为212Kbps,不适合诸如音视频流等需要较高带宽的应用。
而所谓RFID标准和NFC标准的冲突,是对NFC的一种误解。NFC和RFID在物理层有相似之处,但其本身和RFID是两个领域的技术,RFID仅仅是一种通过无线对标签进行识别技术,而NFC是一种无线通信方式,这种通信方式是交互的。
NFC开环产业链繁冗闭环前景乐观开环情况下的NFC支付有着繁冗的产业链,从手机OEM开始,NFC芯片供应商、COS供应商、eSE商都需要参与手机的设计,在手机OEM协调各供应商之后,又存在手机生产的测试良品率的问题。NFC手机出厂之后,不同厂商之间的手机存在不能互相交互的问题,如果应用在支付,就标准而言,工信部必须审批确保手机在通信行业的准入,银联和央行则把关NFC手机在开环支付领域的可用。在NFC经常使用的交通领域,需要经过住建部和交通部不同标准的支持问题。从宏观来说,NFC支付需要经历TSM的利益争夺,而微观上,又需要经过不同Type支持等问题的考验。与此同时,这还是在没有考虑NFC三大方案如何选择的情况下的考虑,背后的卡商、方案商的利益和产业格局博弈更加复杂。总而言之,言而总之,NFC开环支付所需要牵扯的利益团体较多,NFC产业链极其繁冗。邓欣透露,在国企当中,项目的实施可以获得一定的国企补助。从这一个角度来讲,NFC在国内的应用会更加复杂。对于NFC的发展,有报告预测,2013年全球NFC手机的销售量将增长156%,总量将达到4亿台,这就意味着,全球三分之一的智能手机都将支持NFC功能。预测是预测,现实仍然要面对现实,国内的NFC应用仍然很少,就北京的NFC支付商用而言,有业内人士表示,可以用惨淡来形容。“中国移动的NFC项目,是以发布会为结束。”、“中国移动的NFC项目更多的是形象工程”。邓欣也认为,NFC可以分为三个发展阶段,样品、产品和商品阶段,国内的NFC发展仍然是样品阶段,普通大众非常少使用NFC支付。国内的三大运营商攻守情况,中国移动是处于守势,而电信和联通是处于攻势。中国移动为了留住用户,向多应用发展,NFC支付很大程度上是卖愿景给消费者。而联通有3G的优势不急于推NFC,电信则不想成为NFC的“试验小白鼠”,但这两个运营商出于增加用户的考虑,对NFC仍然有期待。到了闭环当中,应用区域的用户密集,使用也变的更加频繁,以园区、用户、集成商、运营商等团体为主要的参与者,牵扯到的利益体不多,张武认为:“随着NFC手机的普及,不管是作为IC卡还是作为终端设备,园区一卡通必须支持NFC手机的应用,前景是乐观的,关键在于NFC手机的开放性、稳定性、各大运营商标准的统一等。”邓欣表示,NFC手机一卡通 也存在一个TSM的问题,但不是运营商、银联等争夺的TSM制高点,而是二三级TSM。在共同的TSM下,统一性得到保证,但需要一定的开放性,才能让应用丰富。张武表示:“一卡通集成公司不但要做好NFC手机的应用,还要不断的开放标准的接口,允许使用单位、使用人员、第三方智能终端应用开发商参与到NFC手机的应用开发之中,让园区一卡通成为一个更加开放、更加规范的应用平台。”
试验地点
*美国,菲利浦斯球馆(Philips Arena) 从2005年12月起,在美国的乔治亚州的亚特兰大菲利浦斯球馆,Visa和飞利浦就开始合作进行主要的NFC测试--球迷们可以很轻松地在特许经营店和服装店里买东西。另外,将具有NFC功能的手机放在嵌有NFC标签的海报前,他们还可以下载电影内容,比如手机铃声,壁纸,屏保和最喜欢的明星及艺术家的剪报。另外的合作伙伴还包括诺基亚、Cingular、Visa,Atlanta Spirit,Chase,ViVOTech。
* 法国,卡昂2005年10月,在法国诺曼底的卡昂,飞利浦同法国电信,Orange,三星,LaSer零售集团以及Vinci公园合作进行了主要的多应用NFC测试。在六个月的测试中,200位卡昂居民将使用嵌有飞利浦NFC芯片的三星D500手机在选定的零售点,公园设备进行支付,并可下载著名旅游景点的信息,电影宣传片以及汽车班次表。
*台湾,台湾近端移动电话服务 从2005年7月起,飞利浦就同台湾近端移动交易服务计划联盟(Proximity Mobile Transaction Service AlliancePMTSA)合作展示了一个可以利用NFC进行安全支付的BenQ手机。在推动NFC手机进入台湾公交网络的过程中这可以说是一个里程碑了。
2007年NFC在中国大陆可谓是“应用启动”之年,从8月开始,内置NFC芯片的诺基亚6131i在包括北京、厦门、广州在内的数个城市公开发售。这款手机预下载了一项可以在市政交通系统使用的交通卡,使用该手机,用户只需开设一个预付费账户就可以购买车票和在某些商场购物。中国市场潜力巨大,NFC在中国商用无疑是个激动人心的消息。中国有成百上千万人在公共交通中使用了非接触式的市政交通“一卡通”,其中北京发售了1300万张,广州发售了600万张,厦门发售了110万张。诺基亚与上述三地公交部门的应用,在真正意义上拉开了NFC商用的序幕。
标签种类
NFC的基本标签类型有四种,以1至4来标识,各有不同的格式与容量。这些标签类型格式的基础是:ISO 14443的A与B类型、Sony FeliCa,前者是非接触式智能卡的国际标准,而后者符合ISO 18092被动式通讯模式标准。 保持NFC标签尽可能简单的优势是:在很多场合,标签可为一次性使用,例如在海报中寿命较短的场合。
第1类标签(Tag 1 Type):此类型基于ISO14443A标准。此类标签具有可读、重新写入的能力,用户可将其配置为只读。存储能力为96字节,用来存网址URL或其他小量数据富富有余。然而,内存可被扩充到2k字节。此类NFC标签的通信速度为106 kbit/s。此类标签简洁,故成本效益较好,适用于许多NFC应用
第2类标签(Tag 2 Type):此类标签也是基于ISO14443A,具有可读、重新写入的能力,用户可将其配置为只读。其基本内存大小为48字节,但可被扩充到2k字节。通信速度也是106 kbit/s。
第3类标签(Tag 3 Type):此类标签基于Sony FeliCa体系。具有2k字节内存容量,数据通讯速度为212 kbit/s。故此类标签较为适合较复杂的应用,尽管成本较高。
第4类标签(Tag 4 Type):此类标签被定义为与ISO14443A、B标准兼容。制造时被预先设定为可读/可重写、或者只读。内存容量可达32k字节,通信速度介于106 kbit/s和424 kbit/s之间。
从上述不同标签类型的定义可以看出,前两类与后两类在内存容量、构成方面大不相同。故它们的应用不太可能有很多重叠。
第1与第2类标签是双态的,可为读/写或只读。第3与第4类则是只读,数据在生产时写入或者通过特殊的标签写入器来写入。
NFC 支持功率 1W无线充电有哪些意义?
NFC是Near Field Communication缩写,即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术,可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案,可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。
一 近距离无线通讯技术
概述
NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点(Peer-to-Peer)功能整合进一块单芯片,为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。这是一个开放接口平台,可以对无线网络进行快速、主动设置,也是虚拟连接器,服务于现有蜂窝状网络、蓝牙和无线 802.11 设备。 NFC可兼容索尼公司的FeliCaTM卡以及已广泛建立的非接触式智能卡架构,该架构基于ISO 14443 A,使用飞利浦的MIFARE?技术。 为了推动 NFC 的发展和普及,飞利浦、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性的行业协会——NFC 论坛,促进 NFC 技术的实施和标准化,确保设备和服务之间协同合作。目前,NFC 论坛在全球拥有 70 多个成员,包括:万事达卡国际组织、松下电子工业有限公司、微软公司、摩托罗拉公司、NEC 公司、瑞萨科技公司、三星公司、德州仪器制造公司和 Visa 国际组织。 编者注:NFC全球最早的商用发布: * 德国,美因茨交通公司(RMV) 2006年4月19日,飞利浦、诺基亚、Vodafone公司及德国法兰克福美因茨地区的公交网络运营商美因茨交通公司(Rhein-Main Verkehrsverbund)宣布,在成功地进行为期10个月的现场试验后,近距离无线通信(NFC)技术即将投入商用。目前,Nokia 3220手机已集成了NFC技术,可以用作电子车票,还可在当地零售店和旅游景点作为折扣忠诚卡使用。哈瑙市的大约95.000位居民现在只需轻松地刷一下兼容手机,就能享受NFC式公交移动售票带来的便利。
技术优势
与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。首先,NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术,其传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 其次,NFC与现有非接触智能卡技术兼容,目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次,NFC还是一种近距离连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比,NFC是一种近距离的私密通信方式。最后,RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上,而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。 同时,NFC还优于红外和蓝牙传输方式。作为一种面向消费者的交易机制,NFC比红外更快、更可靠而且简单得多。与蓝牙相比,NFC面向近距离交易,适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据;蓝牙能够弥补NFC通信距离不足的缺点,适用于较长距离数据通信。因此,NFC和蓝牙互为补充,共同存在。事实上,快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程,促进了蓝牙的使用。 NFC手机内置NFC芯片,组成RFID模块的一部分,可以当作RFID无源标签使用———用来支付费用;也可以当作RFID读写器———用作数据交换与采集。NFC技术支持多种应用,包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过NFC手机,人们可以在任何地点、任何时间,通过任何设备,与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起,从而完成付款,获取海报信息等。NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路,其应用主要可分为以下四个基本类型:用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。
发展前景
NFC具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点,这让它在某些领域显得更具潜力——NFC通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合,能够实现各种设备在几厘米范围内的通信,而费用仅为2~3欧元。据ABIResearch有关NFC有最新研究,NFC市场可能发迹于移动手持设备。ABI估计,到2005年以后,市场会出现采用NFC芯片的智能手机和增强型手持设备。到2009年,这种手持设备将占一半以上的市场。研究机构Strategy Analytics预测,至2011年全球基于移动电话的非接触式支付额将超过360亿美元。如果NFC技术能得到普及,它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式,甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。 NFC作为一种新兴的技术,大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过,它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术,而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。因为NFC的数据传输速率较低,仅为212Kbps,不适合诸如音视频流等需要较高带宽的应用。 需要密切关注的是,中国政府正在制定自己的RFID标准,而飞利浦的NFC技术是否完全兼容并得到中国政府的认可对消费者相当重要。中国国家标准化管理委员会成立了国家标准工作组,负责起草、制定中国有关RFID的国家标准,据称这样将使中国获得相关的自主知识产权,又能将RFID发展纳入标准化、规范化的轨道。整个认证过程很可能需要飞利浦等公司公开一些关键的技术,这可能成为NFC在中国推广应用的绊脚石。
NFC 在全球的试验地点
* 美国,菲利浦斯球馆(Philips Arena) 从2005年12月起,在美国的乔治亚州的亚特兰大菲利浦斯球馆,Visa和飞利浦就开始合作进行主要的NFC测试--球迷们可以很轻松地在特许经营店和服装店里买东西。另外,将具有NFC功能的手机放在嵌有NFC标签的海报前,他们还可以下载电影内容,比如手机铃声,壁纸,屏保和最喜欢的明星及艺术家的剪报。另外的合作伙伴还包括诺基亚、Cingular、Visa,Atlanta Spirit,Chase,ViVOTech。 * 法国,卡昂 2005年10月,在法国诺曼底的卡昂,飞利浦同法国电信,Orange,三星,LaSer零售集团以及Vinci公园合作进行了主要的多应用NFC测试。在六个月的测试中,200位卡昂居民将使用嵌有飞利浦NFC芯片的三星D500手机在选定的零售点,公园设备进行支付,并可下载著名旅游景点的信息,电影宣传片以及汽车班次表。 * 台湾,台湾近端移动电话服务 从2005年7月起,飞利浦就同台湾近端移动交易服务计划联盟(Proximity Mobile Transaction Service AlliancePMTSA)合作展示了一个可以利用NFC进行安全支付的BenQ手机。在推动NFC手机进入台湾公交网络的过程中这可以说是一个里程碑了。 2007年NFC在中国大陆可谓是“应用启动”之年,从8月开始,内置NFC芯片的诺基亚6131i在包括北京、厦门、广州在内的数个城市公开发售。这款手机预下载了一项可以在市政交通系统使用的交通卡,使用该手机,用户只需开设一个预付费账户就可以购买车票和在某些商场购物。中国市场潜力巨大,NFC在中国商用无疑是个激动人心的消息。目前,中国有成百上千万人在公共交通中使用了非接触式的市政交通“一卡通”,其中北京发售了1300万张,广州发售了600万张,厦门发售了110万张。诺基亚与上述三地公交部门的应用,在真正意义上拉开了NFC商用的序幕。
5月上旬,NFC标准官方组织NFC论坛宣布,新的“无线充电规范”(Wireless Charging Specification/WLC)已经获得批准,未来智能手机可以直接通过NFC功能进行充电了。
不过使用NFC进行无线充电,功率和如今最高40W甚至是更高的技术是无法相比的。根据NFC论坛的解释,"WLC(通过NFC解决方案进行无线充电)可以在支持NFC的设备中使用一根天线来管理通信和充电,所以目前通过这个解决方案只能实现1W的充电速度。”
如此之低的充电功率想要给手机充电想必是得等到猴年马月,毕竟NFC本来就不是为充电而设计的,所以这种无线充电方案更多的是给低功耗的IoT设备,如智能手表、健身追踪器、无线耳机、数码笔和其他消费类设备。
对于手机或者pad这种高消耗的电子设备意义不大。
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