NXP NTAG I2C plus：解锁NFC连接新可能

在当今的电子设备领域，NFC技术凭借其便捷性和高效性，在众多应用场景中得到了广泛应用。NXP推出的NTAG I2C plus系列产品，作为连接NFC标签的佼佼者，为家庭自动化和消费类应用带来了全新的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

NTAG I2C plus是NXP第二代连接NFC标签，它将无源NFC接口与接触式I²C接口完美结合。该系列产品不仅与第一代NTAG I²C产品保持完全向后兼容，还新增了密码保护、双接口全内存访问配置以及防克隆的原创性签名等高级功能。其第二代技术提供了四倍的直通性能和能量收集能力，同时针对入门级NFC应用进行了优化，拥有最低的物料清单（BoM）成本。

二、产品特性与优势

（一）关键特性

1. 互操作性：符合ISO/IEC 14443 Part 2和3标准，开发板通过NFC Forum Type 2 Tag认证（认证ID：58514），拥有唯一的7字节UID，支持GET_VERSION命令，方便识别芯片类型和支持的功能，输入电容为50 pF。
2. 主机接口：作为I²C从机，具有可配置的场检测引脚，基于开漏实现，用于信号NFC事件或同步直通数据传输。
3. 内存管理：配备2k字节的EEPROM和64字节的SRAM缓冲区，支持NFC和I²C接口之间的数据传输，具有内存镜像或直通模式，确保NFC和I²C内存访问的清晰仲裁。
4. 数据传输：支持64字节SRAM缓冲区的直通模式，以及FAST_WRITE和FAST_READ NFC命令，提高数据吞吐量。
5. 安全与内存访问管理：可基于32位密码实现NFC和I²C接口的全、只读或无内存访问，具备NFC静音功能，可禁用NFC接口，采用椭圆曲线密码学（ECC）的原创性签名，实现简单、可靠的身份验证。
6. 电源管理：可配置场检测输出信号，用于数据传输同步和设备唤醒，支持从NFC场收集能量，为外部设备（如连接的微控制器）供电。
7. 工业要求：工作温度范围为 -40°C至105°C，满足工业应用的需求。

（二）关键优势

1. 高度互操作性：与所有支持NFC的设备完全兼容，通过NFC和I²C接口实现超快速数据交换（高达40 kbit/s），为用户带来流畅的使用体验。
2. 零功耗运行：采用非易失性数据存储，实现零功耗运行，同时能量收集功能可从NFC场提供高达15 mW的功率，为部分主机系统供电。
3. 数据保护：提供数据保护功能，防止未经授权的数据操作，确保数据安全。
4. 多应用支持：凭借其内存大小和分段选项，支持多种应用场景。
5. 低成本解决方案：拥有最低的物料清单和最小的占位面积，为嵌入式电子设备中的NFC解决方案提供了经济高效的选择。

三、应用场景

NTAG I2C plus适用于多种NFC应用场景，包括物联网节点（家庭自动化、智能家居等）、消费类应用的配对和配置、NFC配件（耳机、扬声器等）、可穿戴信息娱乐设备、健身设备、消费电子、医疗保健、智能打印机、仪表和电子货架标签等。

四、功能详解

（一）NFC接口

NTAG I2C plus的无源NFC接口基于ISO/IEC 14443 - 3 Type A标准，需要由NFC场（如支持NFC的设备）供电，以接收命令并发送响应。在数据通信中，每个帧开头有一个起始位，每个字节末尾有一个奇校验位，多字节参数的最低有效字节先传输。为确保可靠的数据传输，采用了16位CRC、奇偶校验位、位计数检查、位编码和通道监控等机制。

（二）NFC状态机

NTAG I2C plus的NFC状态机包括IDLE、READY 1、READY 2、ACTIVE、AUTHENTICATED和HALT状态。在不同状态下，NFC设备通过发送相应的命令来解析UID，并进行身份验证和数据操作。例如，在READY 1状态下，NFC设备解析UID的第一部分（3字节），在READY 2状态下解析第二部分（4字节），最终进入ACTIVE状态执行应用相关命令。

（三）内存组织

NTAG I2C plus的内存包括EEPROM和SRAM。EEPROM存储7字节UID、内存锁定条件、IC配置信息和用户内存，而SRAM是一个64字节的易失性内存，用于频繁更改的数据。内存访问从NFC和I²C接口有不同的组织方式，可通过密码保护部分或全部内存。

（四）可配置场检测引脚

场检测引脚基于开漏实现，可根据NFC接口的活动触发外部设备或开关连接的电路。其功能由NFC场供电，无需VCC电源。通过配置FD_ON和FD_OFF条件，可以实现不同的场检测功能，如检测NFC场的存在、有效命令的开始或标签的选择等。

（五）看门狗定时器

为避免I²C接口长时间锁定内存访问，可通过编程看门狗定时器在一段时间的不活动后解锁I²C主机，使NFC设备能够访问标签。

（六）能量收集

NTAG I2C plus支持从NFC场收集能量，为外部低功率设备供电。在能量收集模式下，需要注意连接电容器的选择、启动负载电流的限制以及I²C和场检测总线的电源管理。

（七）密码认证

通过PWD_AUTH命令可以访问受保护的内存区域。AUTH0配置字节定义了受保护区域的起始页，可通过NFC_PROT位配置保护级别。同时，可以通过设置AUTHLIM配置位限制密码验证失败的次数。

（八）原创性签名

NTAG I2C plus采用椭圆曲线密码学（ECC）的原创性签名，可验证标签是否由NXP Semiconductors制造。每个UID都用NXP私钥签名，签名存储在标签内存中，可通过READ_SIG命令检索并验证。

五、I²C和NFC命令

（一）I²C命令

NTAG I2C plus支持I²C协议，包括起始条件、停止条件、软复位和NFC静音功能、确认位（ACK）、数据输入、寻址、READ和WRITE操作以及WRITE和READ寄存器操作等。在进行I²C操作时，需要注意EEPROM编程时间和命令序列的原子性。

（二）NFC命令

NTAG I2C plus支持多种NFC命令，如Request、Wake - up、Anticollision、Select、Halt、GET_VERSION、READ、FAST_READ、WRITE、FAST_WRITE、SECTOR_SELECT、PWD_AUTH和READ_SIG等。每个命令都有特定的编码和响应时间要求。

六、通信与仲裁

当NFC和I²C接口同时供电时，根据“先到先得”原则，只有一个接口可以访问内存。在非直通模式下，I²C接口和NFC接口的访问受到相应的锁定位控制。在直通模式下，SRAM被镜像到特定页面，通过FAST_READ和FAST_WRITE命令可以实现高效的数据传输。

七、注意事项

（一）限制值

需要注意产品的限制值，如存储温度、最大结温、静电放电电压、电源电压、输入电压和电流等，超过这些限制可能会导致设备永久损坏或影响可靠性。

（二）静电放电

该设备对静电放电（ESD）敏感，在处理时应遵循相关的ESD防护标准，如ANSI/ESD S20.20、IEC/ST 61340 - 5、JESD625 - A等。

NXP NTAG I2C plus以其丰富的功能、高效的数据传输和可靠的安全性，为NFC应用提供了一个优秀的解决方案。电子工程师在设计相关产品时，可以充分利用其特性，开发出更具创新性和竞争力的产品。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。