RFID和NFC之間的那些事兒，你真的了解嗎

我們生活在一個日益無線化的世界，無現(xiàn)金支付或訪問控制已經(jīng)成為常態(tài)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(xiàn)“無人化”趨勢，比如優(yōu)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(xiàn)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(fā)明的，此后經(jīng)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(shù)據(jù)，其標簽（Tag）通常包含一個天線以及存儲數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)中并存儲相關數(shù)據(jù)，便于讀卡器檢索這些數(shù)據(jù)。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?，F(xiàn)在的讀卡器硬件還是比較貴的，有的價格甚至高達數(shù)千美元。工作中，RFID讀卡器將收到的無線電波轉(zhuǎn)換為可用的數(shù)據(jù)形式。然后，從標簽收集的信息就會通過通信接口傳輸?shù)街鳈C系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可以存儲在數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)據(jù)，但在大多數(shù)情況下只是存儲簡單的標識信息，比如用來取代現(xiàn)有的條形碼。與條形碼相比較，RFID的優(yōu)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(chǎn)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(fā)展的趨勢。據(jù)IDTechEx預測，無源RFID標簽的數(shù)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(fā)明于2002年。與RFID一樣，NFC也使用標簽存儲數(shù)據(jù)，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(nèi)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(shù)據(jù)的安全性。在這里多說一句，雖然NFC數(shù)據(jù)是在短距離內(nèi)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(jù)IMS的研究，NFC的應用正在迅速增長，支持NFC的智能手機數(shù)量在2012年至2017年間增長10倍，達到12億部。

現(xiàn)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(yè)正在使用NFC兼容設備。如今市場上大多數(shù)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(tài)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(jīng)對以往的策略進行了大幅調(diào)整，為開發(fā)者提供了更大的發(fā)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(xiàn)NFC論壇（標準機構）定義的額外標準。這些標準涵蓋了數(shù)據(jù)交換格式、標簽類型、記錄類型定義以及協(xié)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(fā)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(fā)起設備通過直接調(diào)制RF場來傳輸數(shù)據(jù)，而目標設備則以負載調(diào)制場的方式傳輸數(shù)據(jù)。

無源通信方案發(fā)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(diào)制來調(diào)整自己的RF場以傳輸數(shù)據(jù)。為防沖突，只有發(fā)送設備發(fā)射電磁場，接收設備將關閉自己的場以便接收。發(fā)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：

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。

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。

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(nèi)。

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(qū)別。

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

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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)的學生身份識別以及與智能物聯(lián)網(wǎng)設備的交互等領域也已有了NFC的身影。

綜合來看，RFID的優(yōu)勢在于它能實現(xiàn)一次掃描多個標簽，并且是遠距離在視線之外讀取數(shù)據(jù)，因此可以部署在各種環(huán)境中。NFC的長處是安全性高。此外，NFC不僅能在標簽上讀寫數(shù)據(jù)，還可以用于存儲比RFID更復雜的數(shù)據(jù)，且讀取數(shù)據(jù)時不需要昂貴的額外硬件。隨著芯片技術的發(fā)展以及RFID和NFC的大規(guī)模應用，目前這兩種產(chǎn)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(chǎn)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(fā)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(shù)據(jù)：市面上90%以上內(nèi)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?，F(xiàn)在，恩智浦的NFC方案已經(jīng)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(yè)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(jīng)大規(guī)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(jié)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(yōu)勢

自20世紀80年代后期以來，TI一直是無線技術的創(chuàng)新者，同時也是RFID和NFC技術的領跑者。該公司的TRF7970A收發(fā)器IC是一款用于13.56MHz RFID/NFC的集成式模擬前端（AFE）和多協(xié)議數(shù)據(jù)組幀器件。內(nèi)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(tǒng)的應用。它能夠執(zhí)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(nèi)選擇所需的協(xié)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(jù)需要對不同的讀取器參數(shù)進行微調(diào)。

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(fā)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(huán)境下進行工作，正是這個特點為NFC打開了應用之門。位于產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片企業(yè)，如NXP、TI、ST等國際大牌企業(yè)均建立了完善的產(chǎn)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(xù)投資該產(chǎn)業(yè)的企業(yè)帶來更大的好處。

審核編輯：郭婷