RFID和NFC之間的那些事兒，你真的了解嗎？

本文轉(zhuǎn)載自：貿(mào)澤電子

我們生活在一個(gè)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(xì)心的讀者可能早已注意到，一些商店的收銀臺(tái)也開始出現(xiàn)“無人化”趨勢(shì)，比如優(yōu)衣庫、迪卡儂這些大家時(shí)常光顧的商店，均已采用自助式結(jié)賬。

在迪卡儂，消費(fèi)者只需將商品放到“收款臺(tái)”，幾秒鐘全部費(fèi)用即可結(jié)清。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要仰仗在我們生活無處不在的無線電技術(shù)，說具體點(diǎn)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(shí)別）技術(shù)是在20世紀(jì)80年代發(fā)明的，此后經(jīng)過不斷的技術(shù)演進(jìn)，逐漸成為主流的無線、非接觸通信技術(shù)。RFID主要通過無線信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)，可單向讀取數(shù)據(jù)，其標(biāo)簽（Tag）通常包含一個(gè)天線以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)芯片。

從工程角度看，RFID不是一種單一的無線技術(shù)，而且技術(shù)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(gè)主要RFID頻段的應(yīng)用和讀取范圍。當(dāng)RFID讀寫器讀寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息時(shí)，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(guān)，功率越大，覆蓋的距離越大。

表1：RFID頻段及其應(yīng)用

RFID是如何工作的？
如前所述，RFID標(biāo)簽通常包含一個(gè)天線和存儲(chǔ)芯片。標(biāo)簽嵌入到相關(guān)資產(chǎn)中并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，便于讀卡器檢索這些數(shù)據(jù)。RFID標(biāo)簽的種類分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽兩種。有源標(biāo)簽可以自己供電，無源標(biāo)簽則必須通過讀卡器為其饋電。現(xiàn)在的讀卡器硬件還是比較貴的，有的價(jià)格甚至高達(dá)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(biāo)簽收集的信息就會(huì)通過通信接口傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，并在稍后進(jìn)行分析。

當(dāng)然，RFID標(biāo)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(biāo)簽和無源標(biāo)簽的讀取距離還是有很大差別的，通常有源標(biāo)簽的讀取范圍會(huì)更大些。

雖然RFID標(biāo)簽可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，但在大多數(shù)情況下只是存儲(chǔ)簡(jiǎn)單的標(biāo)識(shí)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(shì)在于：條形碼需要一個(gè)接一個(gè)的近距離掃描，而RFID允許同時(shí)掃描多個(gè)標(biāo)簽，且可以掃描遠(yuǎn)距離標(biāo)簽。對(duì)于那些用在倉庫、物流、機(jī)場(chǎng)行李處理甚至動(dòng)物識(shí)別中的資產(chǎn)和庫存跟蹤應(yīng)用來說，RFID標(biāo)簽是非常方便的。因此，RFID標(biāo)簽的市場(chǎng)增長非常迅速，并且有加速發(fā)展的趨勢(shì)。據(jù)IDTechEx預(yù)測(cè)，無源RFID標(biāo)簽的數(shù)量將從2011年的不到30億個(gè)增加到2021年的約2500億個(gè)。

NFC代表什么？
NFC同樣屬于近距離、非接觸式無線通信技術(shù)，實(shí)際上它是RFID技術(shù)的一個(gè)子集，發(fā)明于2002年。與RFID一樣，NFC也使用標(biāo)簽存儲(chǔ)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(biāo)簽，整個(gè)過程簡(jiǎn)單、快速且安全性高。

當(dāng)然，NFC強(qiáng)大的安全性并不僅僅是因?yàn)樗坏?0厘米的工作距離，還在于它可通過SIM芯片和加密技術(shù)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(biāo)也可以在視線之外。

從2011年開始，NFC在智能手機(jī)中的應(yīng)用為許多新應(yīng)用打開了大門，讓一度熱門的藍(lán)牙手動(dòng)配對(duì)成為過去。NFC還可以作為WiFi路由器和其他計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備之間連接的橋梁，它能輕松地將設(shè)置信息從設(shè)備傳到路由器。根據(jù)IMS的研究，NFC的應(yīng)用正在迅速增長，支持NFC的智能手機(jī)數(shù)量在2012年至2017年間增長10倍，達(dá)到12億部。

現(xiàn)在，NFC已成為基于RFID消費(fèi)類應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，并得到越來越多的設(shè)備和軟件應(yīng)用的支持。市場(chǎng)機(jī)構(gòu)預(yù)估，已有超過20億消費(fèi)者和企業(yè)正在使用NFC兼容設(shè)備。如今市場(chǎng)上大多數(shù)Android以及Windows Phone智能手機(jī)都會(huì)裝配NFC芯片。蘋果手機(jī)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(duì)以往的策略進(jìn)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(jī)、智能手表和其他可穿戴技術(shù)也是司空見慣。除了上述移動(dòng)訪問控制和支付等應(yīng)用，NFC的使用范圍開始拓展至AI聊天機(jī)器人等領(lǐng)域。

NFC是如何工作的？
NFC使用RFID應(yīng)用程序中常見的標(biāo)準(zhǔn)。NFC讀寫器與無源設(shè)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(biāo)簽應(yīng)該可以被任何ISO14443兼容的閱讀器讀取，但是NFC應(yīng)用程序也需要實(shí)現(xiàn)NFC論壇（標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)）定義的額外標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了數(shù)據(jù)交換格式、標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，并得到全球電信運(yùn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jiǎn)單點(diǎn)擊便可啟動(dòng)傳輸。

圖1：非接觸式讀卡器架構(gòu)（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(shè)備生成13.56 MHz載波場(chǎng)，當(dāng)目標(biāo)設(shè)備被引入場(chǎng)中時(shí)，便可取得電源。發(fā)起設(shè)備通過直接調(diào)制RF場(chǎng)來傳輸數(shù)據(jù)，而目標(biāo)設(shè)備則以負(fù)載調(diào)制場(chǎng)的方式傳輸數(shù)據(jù)。
無源通信方案發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都會(huì)生成RF場(chǎng)。每一方都以振幅鍵控（ASK）調(diào)制來調(diào)整自己的RF場(chǎng)以傳輸數(shù)據(jù)。為防沖突，只有發(fā)送設(shè)備發(fā)射電磁場(chǎng)，接收設(shè)備將關(guān)閉自己的場(chǎng)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(gè)問題。概括來講，二者的不同點(diǎn)主要在以下幾個(gè)方面：

1. 對(duì)應(yīng)關(guān)系RFID中的讀寫器和標(biāo)簽可以是一對(duì)多的關(guān)系（低頻和高頻的ISO14443是一對(duì)一），NFC則是一對(duì)一的關(guān)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(dá)到幾十米，而NFC僅在10厘米之內(nèi)。

4. 單雙向通信RFID通常只能進(jìn)行單向通信（從標(biāo)簽到讀取器），NFC可以進(jìn)行雙向通信。另外，NFC一次只能掃描一個(gè)標(biāo)簽，而RFID則可以一次掃描多個(gè)標(biāo)簽。這一點(diǎn)應(yīng)該是RFID和NFC之間最顯著的一個(gè)區(qū)別。

5. 數(shù)據(jù)讀寫在數(shù)據(jù)讀寫方面，有了專門的設(shè)備，RFID可以將數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽。一般來說，NFC數(shù)據(jù)既能從標(biāo)簽中讀寫，也可以鎖定為只讀。從RFID標(biāo)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(duì)要簡(jiǎn)單且便宜多了，現(xiàn)在大多數(shù)智能手機(jī)都配備了NFC讀取功能。

6. 應(yīng)用范圍在應(yīng)用上，NFC常常被用在支付、門禁等場(chǎng)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(biāo)簽）等。當(dāng)通過供應(yīng)鏈跟蹤庫存，尤其是在人員難以到達(dá)的地方去收集資產(chǎn)信息時(shí)，RFID是最好的選擇。非接觸式支付應(yīng)該是NFC目前最典型的應(yīng)用，在體育、娛樂和旅游門票、校園內(nèi)的學(xué)生身份識(shí)別以及與智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的交互等領(lǐng)域也已有了NFC的身影。

綜合來看，RFID的優(yōu)勢(shì)在于它能實(shí)現(xiàn)一次掃描多個(gè)標(biāo)簽，并且是遠(yuǎn)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(biāo)簽上讀寫數(shù)據(jù)，還可以用于存儲(chǔ)比RFID更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，且讀取數(shù)據(jù)時(shí)不需要昂貴的額外硬件。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展以及RFID和NFC的大規(guī)模應(yīng)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(biāo)簽的價(jià)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(shù)的主要發(fā)起人，在許多方面，人們甚至認(rèn)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(gè)數(shù)據(jù)：市面上90%以上內(nèi)置NFC功能的智能手機(jī)，以及80%的POS終端都使用了恩智浦技術(shù)。這種領(lǐng)導(dǎo)地位也讓NXP在拓展NFC市場(chǎng)過程中起到了關(guān)鍵性作用?，F(xiàn)在，恩智浦的NFC方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)支付、預(yù)付費(fèi)計(jì)量表、門禁管理、付費(fèi)電視接觸式智能卡、智能家居、IoT、智能制造等多個(gè)領(lǐng)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(jī)配置門鎖，給予特定的個(gè)人或團(tuán)體臨時(shí)訪問權(quán)限。NXP PR601方案結(jié)合了CLRC633 NFC芯片與先進(jìn)的LPC1227微控制器，設(shè)計(jì)非常輕巧，且由于恩智浦采用最強(qiáng)健、經(jīng)大規(guī)模測(cè)試的NFC技術(shù)，最大限度地減少了門或走道上金屬帶來的磁場(chǎng)干擾。融入恩智浦獨(dú)家功能——低功耗檢卡，讀卡器終端在輪詢讀卡階段即可進(jìn)入休眠模式，確保節(jié)能運(yùn)行。

圖2：用于門禁管理的NFC（圖源：NXP）

TI 解決方案 - RFID和NFC技術(shù)優(yōu)勢(shì)
自20世紀(jì)80年代后期以來，TI一直是無線技術(shù)的創(chuàng)新者，同時(shí)也是RFID和NFC技術(shù)的領(lǐng)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(xiàng)使得該器件適合于廣泛的NFC、接近和鄰近識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)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(duì)等模式和卡仿真模式。設(shè)計(jì)人員通過在控制寄存器內(nèi)選擇所需的協(xié)議可對(duì)TRF7970A進(jìn)行配置。通過對(duì)所有控制寄存器進(jìn)行直接存取，還能根據(jù)需要對(duì)不同的讀取器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

本文小結(jié)
RFID是一種成熟的技術(shù)，作為其子集的NFC技術(shù)仍在不斷發(fā)展。NFC的獨(dú)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(jìn)行工作，正是這個(gè)特點(diǎn)為NFC打開了應(yīng)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(chǎng)潛力不可限量，更廣泛的應(yīng)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 黃宇