本文轉載自：貿澤電子

我們生活在一個日益無線化的世界，無現金支付或訪問控制已經成為常態化。細心的讀者可能早已注意到，一些商店的收銀臺也開始出現“無人化”趨勢，比如優衣庫、迪卡儂這些大家時常光顧的商店，均已采用自助式結賬。

在迪卡儂，消費者只需將商品放到“收款臺”，幾秒鐘全部費用即可結清。這些功能的實現主要仰仗在我們生活無處不在的無線電技術，說具體點就是NFC、RFID。為什么這么說呢？接下來我們就一起看看NFC、RFID從何而來，它們又有哪些神奇之處。

RFID代表什么？
RFID（射頻識別）技術是在20世紀80年代發明的，此后經過不斷的技術演進，逐漸成為主流的無線、非接觸通信技術。RFID主要通過無線信號識別特定目標，可單向讀取數據，其標簽（Tag）通常包含一個天線以及存儲數據的存儲芯片。

從工程角度看，RFID不是一種單一的無線技術，而且技術頻率也有所不同，主要有三種，即低頻 (LF)，使用125至135kHz頻段；高頻（HF），工作在13.56MHz；以及超高頻 (UHF)，主要使用865至955MHz頻段，有些UHF中也可包含2.4GHz頻段。表1概述了三個主要RFID頻段的應用和讀取范圍。當RFID讀寫器讀寫標簽數據信息時，其作用距離與讀寫器功率、天線增益以及天線尺寸等密切相關，功率越大，覆蓋的距離越大。

表1：RFID頻段及其應用

RFID是如何工作的？
如前所述，RFID標簽通常包含一個天線和存儲芯片。標簽嵌入到相關資產中并存儲相關數據，便于讀卡器檢索這些數據。RFID標簽的種類分為有源標簽和無源標簽兩種。有源標簽可以自己供電，無源標簽則必須通過讀卡器為其饋電。現在的讀卡器硬件還是比較貴的，有的價格甚至高達數千美元。工作中，RFID讀卡器將收到的無線電波轉換為可用的數據形式。然后，從標簽收集的信息就會通過通信接口傳輸到主機系統，在該系統中數據可以存儲在數據庫中，并在稍后進行分析。

當然，RFID標簽不一定非要在讀卡器的可視范圍內讀取信息，二者最大可以相距近百米的距離。不過，有源標簽和無源標簽的讀取距離還是有很大差別的，通常有源標簽的讀取范圍會更大些。

雖然RFID標簽可以存儲大量的數據，但在大多數情況下只是存儲簡單的標識信息，比如用來取代現有的條形碼。與條形碼相比較，RFID的優勢在于：條形碼需要一個接一個的近距離掃描，而RFID允許同時掃描多個標簽，且可以掃描遠距離標簽。對于那些用在倉庫、物流、機場行李處理甚至動物識別中的資產和庫存跟蹤應用來說，RFID標簽是非常方便的。因此，RFID標簽的市場增長非常迅速，并且有加速發展的趨勢。據IDTechEx預測，無源RFID標簽的數量將從2011年的不到30億個增加到2021年的約2500億個。

NFC代表什么？
NFC同樣屬于近距離、非接觸式無線通信技術，實際上它是RFID技術的一個子集，發明于2002年。與RFID一樣，NFC也使用標簽存儲數據，可以雙向工作。由于NFC在13.56MHz的高頻RFID頻譜中工作，因此它只能讀取10厘米以內的標簽，整個過程簡單、快速且安全性高。

當然，NFC強大的安全性并不僅僅是因為它不到10厘米的工作距離，還在于它可通過SIM芯片和加密技術提升數據的安全性。在這里多說一句，雖然NFC數據是在短距離內提取，但目標也可以在視線之外。

從2011年開始，NFC在智能手機中的應用為許多新應用打開了大門，讓一度熱門的藍牙手動配對成為過去。NFC還可以作為WiFi路由器和其他計算機外圍設備之間連接的橋梁，它能輕松地將設置信息從設備傳到路由器。根據IMS的研究，NFC的應用正在迅速增長，支持NFC的智能手機數量在2012年至2017年間增長10倍，達到12億部。

現在，NFC已成為基于RFID消費類應用的標準，并得到越來越多的設備和軟件應用的支持。市場機構預估，已有超過20億消費者和企業正在使用NFC兼容設備。如今市場上大多數Android以及Windows Phone智能手機都會裝配NFC芯片。蘋果手機雖然出于安全和自身生態的考慮，為其搭載的NFC功能加了不少限制，但是從iOS 13開始已經對以往的策略進行了大幅調整，為開發者提供了更大的發揮空間。目前，主要的信用卡公司基本都支持使用NFC，配備NFC的平板電腦、游戲機、智能手表和其他可穿戴技術也是司空見慣。除了上述移動訪問控制和支付等應用，NFC的使用范圍開始拓展至AI聊天機器人等領域。

NFC是如何工作的？
NFC使用RFID應用程序中常見的標準。NFC讀寫器與無源設備的相互作用受ISO/IEC 18092和21481管轄，并支持ISO/IEC 14443 A和B以及FeliCa。NFC標簽應該可以被任何ISO14443兼容的閱讀器讀取，但是NFC應用程序也需要實現NFC論壇（標準機構）定義的額外標準。這些標準涵蓋了數據交換格式、標簽類型、記錄類型定義以及協議等。由于NFC采用的是一套成熟的標準，應用范圍不斷擴大，并得到全球電信運營商和信用卡公司的支持。

NFC支持三種通信模式

Reader/Write模式（R/W），即讀寫模式

Peer-to-Peer模式（P2P），點對點模式

NFC Card Emulation模式（CE），即卡模擬模式

在此三種模式下，都僅需簡單點擊便可啟動傳輸。

圖1：非接觸式讀卡器架構（圖源：NXP）

NFC的工作模式分為有源通信方案和無源通信方案兩種：

有源通信方案
發起設備生成13.56 MHz載波場，當目標設備被引入場中時，便可取得電源。發起設備通過直接調制RF場來傳輸數據，而目標設備則以負載調制場的方式傳輸數據。
無源通信方案發起設備和目標設備都會生成RF場。每一方都以振幅鍵控（ASK）調制來調整自己的RF場以傳輸數據。為防沖突，只有發送設備發射電磁場，接收設備將關閉自己的場以便接收。發送或接收的角色可因需要而互換。
RFID和NFC有哪些不同？
這也是讓不少人困惑的一個問題。概括來講，二者的不同點主要在以下幾個方面：

1. 對應關系RFID中的讀寫器和標簽可以是一對多的關系（低頻和高頻的ISO14443是一對一），NFC則是一對一的關系。

2. 頻率差異在頻率上，RFID具有低頻、高頻、超高頻等多種工作頻率，NFC只工作在13.56Hz單一高頻頻譜中。

3. 通信距離通信距離也有很大差別，NFC要比RFID短很多，RFID能夠達到幾十米，而NFC僅在10厘米之內。

4. 單雙向通信RFID通常只能進行單向通信（從標簽到讀取器），NFC可以進行雙向通信。另外，NFC一次只能掃描一個標簽，而RFID則可以一次掃描多個標簽。這一點應該是RFID和NFC之間最顯著的一個區別。

5. 數據讀寫在數據讀寫方面，有了專門的設備，RFID可以將數據寫入標簽。一般來說，NFC數據既能從標簽中讀寫，也可以鎖定為只讀。從RFID標簽中提取數據通常需要昂貴的讀卡器，而NFC的數據讀取相對要簡單且便宜多了，現在大多數智能手機都配備了NFC讀取功能。

6. 應用范圍在應用上，NFC常常被用在支付、門禁等場合，RFID主要用于物流跟蹤、資產防損（例如百貨公司衣服上的標簽）等。當通過供應鏈跟蹤庫存，尤其是在人員難以到達的地方去收集資產信息時，RFID是最好的選擇。非接觸式支付應該是NFC目前最典型的應用，在體育、娛樂和旅游門票、校園內的學生身份識別以及與智能物聯網設備的交互等領域也已有了NFC的身影。

綜合來看，RFID的優勢在于它能實現一次掃描多個標簽，并且是遠距離在視線之外讀取數據，因此可以部署在各種環境中。NFC的長處是安全性高。此外，NFC不僅能在標簽上讀寫數據，還可以用于存儲比RFID更復雜的數據，且讀取數據時不需要昂貴的額外硬件。隨著芯片技術的發展以及RFID和NFC的大規模應用，目前這兩種產品的成本都大幅降低，如果是大批量采購，標簽的價格甚至都能低到0.1美元。

熱門產品和解決方案

NXP解決方案 - 新增NFC功能
恩智浦（NXP）是NFC技術的主要發起人，在許多方面，人們甚至認為恩智浦就是NFC。在恩智浦的宣傳資料上我們看到這樣一個數據：市面上90%以上內置NFC功能的智能手機，以及80%的POS終端都使用了恩智浦技術。這種領導地位也讓NXP在拓展NFC市場過程中起到了關鍵性作用。現在，恩智浦的NFC方案已經廣泛應用在移動支付、預付費計量表、門禁管理、付費電視接觸式智能卡、智能家居、IoT、智能制造等多個領域。

在智能門鎖方案中，恩智浦為門鎖增加了NFC功能，業主可以用具備NFC功能的智能手機配置門鎖，給予特定的個人或團體臨時訪問權限。NXP PR601方案結合了CLRC633 NFC芯片與先進的LPC1227微控制器，設計非常輕巧，且由于恩智浦采用最強健、經大規模測試的NFC技術，最大限度地減少了門或走道上金屬帶來的磁場干擾。融入恩智浦獨家功能——低功耗檢卡，讀卡器終端在輪詢讀卡階段即可進入休眠模式，確保節能運行。

圖2：用于門禁管理的NFC（圖源：NXP）

TI 解決方案 - RFID和NFC技術優勢
自20世紀80年代后期以來，TI一直是無線技術的創新者，同時也是RFID和NFC技術的領跑者。該公司的TRF7970A收發器IC是一款用于13.56MHz RFID/NFC的集成式模擬前端（AFE）和多協議數據組幀器件。內置編程選項使得該器件適合于廣泛的NFC、接近和鄰近識別系統的應用。它能夠執行以下三種模式中的任一模式：讀/寫器模式、對等模式和卡仿真模式。設計人員通過在控制寄存器內選擇所需的協議可對TRF7970A進行配置。通過對所有控制寄存器進行直接存取，還能根據需要對不同的讀取器參數進行微調。

本文小結
RFID是一種成熟的技術，作為其子集的NFC技術仍在不斷發展。NFC的獨特之處在于其使用電源的方式。更確切地說，它可以在不供電的環境下進行工作，正是這個特點為NFC打開了應用之門。位于產業鏈上游的芯片企業，如NXP、TI、ST等國際大牌企業均建立了完善的產品線。

在萬物智能的今天，RFID/NFC的市場潛力不可限量，更廣泛的應用也必將為持續投資該產業的企業帶來更大的好處。

審核編輯 黃宇