学技术 | ST NFC近场通信晶片ST21NFCD在手机上的应用

手机在当今社会是每个人都离不开的，就如这三年来的疫情期间，手机刷码也是我们的通行必需。手机除了扫码，我们平时用得比较多的功能如公交刷卡、门禁卡、钥匙、银行卡，就用到了NFC近场通信功能，NFC的操作频率为13.56MHz，而操作距离约为10cm之内，目前市面上绝大多数的智能手机都已经支持NFC功能，在人们的日常生活中得到了广泛的应用。几曾何时NFC是手机厂家的旗舰手机才有的功能，而现在基本是每款智能手机的标配。

针对智能手机、手表的NFC应用，ST意法半导体推出了一颗新的通用NFC控制器芯片ST21NFCD，在手机等移动支付的产品中，ST是全球仅有的两家提供完整且经过认证的移动支付解决方案的公司之一，ST21NFCD是一款自带ARM Cortex-M3 微控制器NFC通信芯片，专为集成在移动设备和 NFC 兼容产品而设计。

它包括三种操作模式中的 NFC 功能：卡模拟、读写器和点对点通信。ST 提供了一个强大且具有成本效益的平台，并提供硬件和软件支持。该平台的核心是 ST 的 NFC 一体化解决方案，在一些主流的手机平台方案中，如MTK等平台，在设计、测试、认证方面都已经是成熟的方案。ST21NFCD自带MCU可以更好地管理信号和功耗，以提供增强的有源负载调制，这项技术负责确保极小的 NFC 天线可以向阅读器发送信号，即使它被困在电池和金属外壳旁边。例如，智能手机或手表。ST21NFCD叠加eSE、eSIM等模块，可以组成系统级封装 （SiP），具有更低的功耗或更快的性能，客户提供更全面的体验。

ST21NFCD芯片具有主动负载调变，此项技术可确保数据交易处理更为快捷、顺畅，且传输距离更远，让行动和穿戴式设备以及物联网装置具有更好的使用体验。芯片支持卡模拟、读写器和点对点通信模式，同时内嵌快闪记忆体，支持软件升级。ST21NFCD支持NFC Forum的NCI2.0技术规范，该标准化简化了NFC标签软件开发，支持资料批次处理和自动交换，可以减少内存空间和提升速度。

该芯片符合NFC Forum type 1/2/3/4/5标签标准，ISO/IEC 18092 NFCIP、EMVCo支付标准，通过了全球认证论坛GCF和PTCRB手机整合认证，手机能够读取MIFARE Classic加密标签内的资料。支持NFC Forum认证CR12、CR13版本。

芯片内部电源管理和电池电压监测功能有助最大限度降低NFC对手机等主机系统续航时间的影响，极高的射频灵敏度让设计人员灵活设计天线，可选择用外部时钟替换晶体。芯片具有的高输出功率，DC/DC增强型电源开关系统，均有助于简化设计和降低成本。

ST21NFCD主要硬件特性：

ARM Cortex-M3 微控制器

用于完整固件更新的 eFlash

增强的有源负载调制技术

高达 1.3 W 的增强型 TX 驱动

兼容极小的或金属框架天线

优化的功耗模式

电池电压监控

系统时钟

– FracN PLL 输入范围从 13 到 76.8 MHz

– 27.12 MHz 外部晶体振荡器

集成 PMU

– 用于内部电压的 LDO

– 2 ₓ LDO 用于外部电压

– 用于电源监控的电压检测器

– 低功耗模式状态机

通过通信接口、内部定时器、GPIO、RF 场或标签检测自动唤醒

支持用于 TX 电源的外部 DC/DC 转换器

射频通讯

主动和被动点对点

– ISO/IEC 18092 - NFCIP-1 发起者和目标

被动模式——读取器/写入器

– NFC 论坛类型 1/2/3/4/5 标签

– ISO/IEC 15693

– MIFARE Classic(a)(b)

– 薄膜（前科维奥）条码

主动模式 – 卡模拟

– ISO/IEC 14443 A 型和 B 型

– JIS X 6319 – 4

– MIFARE Classic(a)(b) 至 SWP-CLT

外部通讯接口

两个高达 1.695 Mbit/s 的 SWP 主接口

I2C 从接口高达 3.4 MHz

从设备和主设备 SPI 接口（高达 13 MHz）

HSUART 接口高达 6 Mbit/s

安全功能

安全固件更新机制

电气特性

支持 2.4 V 至 5 V 的电池电压

I/O 专用电压电平 (VPS_IO) 从 1.62 V 到 3.3 V

支持 UICC 的 B 类和 C 类操作条件

环境工作温度 -25 至 + 85 °C

应用

移动设备

可穿戴设备

智能手表

安全连接的设备