持續提升NFC/RFID技術強度 ST為智慧生活塑形
持續提升NFC/RFID技術強度 ST為智慧生活塑形
台北訊
2019-01-10 02:04
經過多年的市場發展，物聯網這兩年的落地速度逐漸加快，包括零售、交通、醫療等領域都開始出現應用案例，而在各類型場域應用中，近場通訊是系統建構時的重要傳輸標準，其中NFC與RFID更是其中主流。透過已然成熟的技術與快速易用特色，讓系統運作更具效益與彈性，同時也進一步勾勒出智慧生活的樣貌。
在NFC/RFID領域深耕多年的意法半導體(ST)日前舉辦的「NFC/RFID一觸即發 智慧未來已然成形–意法半導體智慧聯網技術研討會」，分別從技術發展與應用趨勢進行探討，讓與會者快速而完整的掌握目前市場動態。
ST商務整合和市場策略亞太區副總裁何美財在致詞時指出，ST是全球半導體領域的領導廠商，近年來以智慧化為產品策略，主要應用則包括汽車、家庭、智慧物件與工業製造等4大區塊，在全球35個國家中，設置了超過80個銷售辦公室，協助各區域合作夥伴，強化上述4大領域的智慧化布局。在NFC與RFID領域，ST擁有完整產品線，而向來重視品質、聚焦客戶需求的特色，也讓ST在此市場獲得業界口碑。
全面布局NFC/RFID ST提供完整解決方案
ST亞太區策略行銷暨經理黃鐙誼指出，智慧型手機的普及提升了行動支付的使用率，亦同時帶動NFC的成長，再加上物聯網開始落地，讓NFC與RFID的應用快速擴展，未來可應用於智慧電表、照明、健康照護等各種領域。在此次研討會中，黃鐙誼透過使用ST25TV02K NFC標籤的NDEF(NFC Data Exchange Format)，讓學員可以利用NFC連結到問卷網頁，進行即時的研討會滿意度調查，同時也在螢幕上顯示調查結果，這成功地展現NFC技術的優點與方便即時性。
黃鐙誼進一步解釋，RFID是以無線方式傳送資料和能量的技術，其運作的原理是利用讀取器發射無線電波，觸動感應範圍內的標籤，藉由電磁感應產生電流，供應標籤上的晶片運作並發出電磁波回應感測器。RFID依頻段可分為125kHz~134kHz的LF、13.56MHz的HF與860MHz~960MHz的UHF等3個頻段，其不同頻段特色，也產生不同應用。
NFC屬於13.56MHz的HF標準 (ISO14443和ISO15693)，其交互式通訊與零功耗之特色，並適用於物聯網。NFC是由NFC Forum負責開發並制定的標準規範，主要訴求是讓行動裝置之間可相互運作，而在行動通訊的普及下，目前已有2/3的智慧型手機內建NFC，其中Apple從iOS11版本就開始強化了NFC讀取器的支援，並將其應用於ApplePay。
目前ST在RFID領域推出的產品為ST25系列，此系列涵蓋了標籤與讀取器兩大類，其中ST25T主要為HF頻段產品的標籤所用，可應用於顧客契合(Customer Engagement)、資產追蹤、票券、遊戲、品牌保護、接取控制等。
ST25D則為動態標籤，可透過I2C來依據不同使用情境建入所需內容，可應用於工業，醫療與消費性領域。此外，近年來快速興起的智慧電表、自動化系統、燈具或物連節點等設備，也都可見到其應用。至於讀取器方面，ST主推的產品為ST25R，此款晶片是透過SPI介面與MCU連接，可用於POS終端、汽車、門禁、資產追踪、健康照護等設備。
在ST的NFC/RFID產品布局中，黃鐙誼特別介紹了ST25TV NFC Tags與ST25DV，此產品符合ISO 15693與NFC Type5標準，ISO 15693規定讀取距離長達1公尺，且體積要求更小、安裝更簡單，在讀取方面也更容易，同時適用於專業設備與消費性產品。
ST25TV NFC Tags的傳輸速率達到53kb/s，亦強化了資安設計，可以防竄改，另外也使用了ST的TruST25做為數位簽章證明產地，防止盜版。使用者記憶體讀寫操作均有密碼保護，並採用高達64位元的加密演算法和塊級寫鎖保護。標籤關閉(Kill)模式和不可追蹤模式採用密碼鎖和資料∕配置鎖，以保護消費者的隱私，同時也有具備防拆的偵測功能。
ST25DV動態標籤晶片兼具ISO 15693和NFC Type5標準，讀距可達50~100公分，此產品同時擁有非接觸射頻介面與I2C，內建該晶片的智慧型手機與讀取器可與智慧電表、物聯網系統與相關設備內的MCU，以非接觸方式傳輸數據。
ST25DV動態標籤晶片也有256位元大容量緩存用於實現FTM (Fast Transfer Mode)，可用於需要快速在I2C和RF間的資料傳輸，，例如軟體更新或快速與手機無線傳輸檔案圖片的。令其卓越的Energy harvesting效能更可將大部分感應的能量輸出給系統，讓系統不需在外接電源或電池，可應用於無源的軟體更新、無電池的指紋辨識卡或無電源的電子只顯示裝置等創新廠品上。STDV同時具備-40至+125°C的工業等級8級寬溫範圍，可用於各種工業醫療車規級應用。
除了完整NFC標籤及動態標籤產品外，ST25R391x系列高頻(HF)讀寫器，提供了從入門低成本到高效能的各種不同規格HF讀寫器，其中的車規ST253914/15讀寫器現更被歐美大廠所採用，包含新一代市面上Benz E class 及美國電動汽車的領導廠等。另外全新ST25R3916更提供了更優越的接收敏感度和較大輸出功率及螢幕抗雜訊能力，能幫助客戶通過新的嚴苛EMVCo 3.0測試。
在超高頻(UHF)長距離(讀距可達10公尺)的RFID的產品上，ST25RU是目前市面上信價比最高的產品，且其低功耗的優點，可用於手持或行動裝置，即使在低功耗下，在讀距上依然有傑出的效能，非常適合用於智能零售、貨品追蹤管理、智慧城市，工業4.0等物聯網應用。
隨著行動支付與物聯網的應用漸多，NFC/RFID市場進入另一波成長期，而除了技術與標準外，產品供貨也成為系統設備供應商的重要考量。黃鐙誼指出，部分應用領域的系統設備使用年限長，尤其是商業領域，設備的使用壽命都遠較消費性產品更久，對此ST的NFC/RFID產品供貨期都有長達10的保證供貨期，確保產品在使用年限中仍能順利維修，讓使用者的資產多一分保障。
此外，此次在研討會中，利用結合ST25TV02K(NFC標籤)和ST25R3911B(NFC讀寫器)的扭蛋機來抽獎，也再次成功展現NFC無線技術的優點及無可取代可以同時傳遞能量和資料的特性。
應用與技術並進 掌握智慧化商機
在應用方面，十速科技物聯網事業處資深協理吳上玄則介紹了NFC物聯網應用趨勢與案例。他指出，十速科技與ST配合已久，從當年iPhone問世，智慧型手機剛起步時，十速科技就與ST的微機電部門合作，近期物聯網趨勢開始啟動，雙方的合作更趨緊密。
由於物聯網的應用情境繁多，並沒有標準化系統因此十速科技以客製化物聯網應用平台，滿足客戶所需。吳上玄表示，物聯網的架構龐雜，對上必須有雲端儲存、分析數據，而平台在室內外的應用也多種通訊標準選擇。
在雲端方面，十速科技以與市場大型雲端系統廠商合作，平台中的通訊標準與功能，也因應客戶需求而設計，近年來智慧音響成為智慧家庭物聯網系統的重要設備，針對此設備，十速科技也有相關解決方案。十速科技物聯網事業處將於2019年3月將獨立成立為一家專業物聯網公司-雲極通科技股份有限公司,將會以原服務團隊提供更優質專業服務..
要讓NFC/RFID系統的運作穩定且順暢，設備天線是電路板設計的重點，ST技術行銷專案經理吳祥民在「NFC reader/Tag天線設計與量測方式」議題中指出，電容值對NFC標籤的運作影響相當大，因此ST在其產品規格表中已有詳細列表，設計者可以此數據對應到外部的天線感值。
以ST的M24SR為例，工程師在設計外部天線時，只要將對應的ST產品電容值代入，即可得到天線感值。由於M24SR為ISO14443標準，因此與ST採用其他不同標準的產品，像是ISO 15693的ST25DV/M24LR，其最佳頻率並不相同。M24SR的內部電容值為25pf，ST25DV/M24LR則為27.5pf，因此ST25D的系列產品，均可採用相同天線。
另外由於在電路板中，動態NFC標籤都會儘可能靠近天線位置，其距離往往只有幾毫米，因此所有的導線與走線，都會對天線特性帶來影響，此外天線上下與四周的電路板接地層，也是必要考量。讀取器設計方面，吳祥民以ST25R的CR95HF舉例，在設計前必須先量測出其天線阻抗，再以此產品的濾波器計算工具，計算出C11、C12、C2與ZRX的阻抗值。在不為電路板供電的狀況下，可透過網路分析儀量測TX1與TX2之間的電路輸入阻抗，若仍有問題，則可調整C11、C12與c2電容值。
對於智慧物件的另一項重要元件–MCU，ST也是市場的的領導廠商，不但擁有完整產品線，且不斷開發出新產品。ST技術行銷專案經理王柏雄表示，ST的MCU家族涵蓋範圍自低功耗的STM32L到高階的STM32F7、STM32H7，在智慧設備中的應用層面相當廣泛，且早已取得Arm的全系列Cortex-M Core授權。
近年來無論是物聯網或各類智慧化系統，對無線連網的需求日增，而ST也在2019年推出了首款以無線通訊功能為主訴求的新一代MCU–STM32WB。王柏雄指出，STM32WB採用Cortex-M4與Cortex-M0+雙核無線通訊IC，前者負責處理應用軟體的運算，後者則專職執行低功耗藍牙5與其他RF運作，另外其他通訊協定，像是近年來以家用市場為主要應用的Thread等，其微控制器也可支援。
為了協助工程師加速開發設備，ST提供了完整的軟硬體開發套件，在硬體方面有STM32 Nucleo、STM32 Nucleo Expansion、Discovery Kits與Evaluation Boards，軟體則有STM32CubeMX、IDEs、STM32CubeProgrammer與STM32CubeMonitor，這些工具都針對工程師在開發過程中，不同環節所面臨的需求而設計，降低問題的解決難度，藉此提升產品上市速度。
「STSAFE—強化物聯網的設備安全」演講中，ST技術行銷經理閻欣怡則特別介紹該公司在物聯網與智慧物件的安全設計STSAFE-A100。她指出，經過多年發展，物聯網的應用開始加速，而由於物聯網將會是未來各類IT系統的主架構，且應用觸角更為龐大綿密，因此其資安若有漏洞，所帶來的損害將比現行的IT系統更高。為了防止偽造、複製和資訊盜用，STSAFE-A100已獲得 Common Criteria EAL5+認證，可防禦物理攻擊、錯誤注入和旁通道攻擊，且其具備的身分驗證、安全通訊與平台資料完整性服務，可提升平台的整體安全
NFC/RFID的問世時間早於現在的物聯網系統與智慧物件，過去在門禁、電子票券等領域早已應用多時，而在智慧化系統與設備應用的快速普及下，其不但應用層面更廣泛，技術也不斷加深，像是更快、更安全的傳輸，或是更能適應環境需求的穩定性。作為NFC/RFID領導廠商，ST無論在此技術本身的產品布局，或週邊產品線如MCU的支援，都已十分完整。未來ST將會持續鎖定汽車、家庭、智慧物件與工業製造等4大領域，強化產品生態系統，扮演工程師開發系統時的堅強後盾。
