M24SR04-Y/M24SR04-G：动态NFC/RFID标签IC的深度解析

在当今的电子设备领域，NFC/RFID技术的应用越来越广泛，为数据交互和设备连接带来了极大的便利。M24SR04-Y和M24SR04-G作为STMicroelectronics推出的动态NFC/RFID标签IC，凭借其独特的功能和特性，在众多应用场景中展现出了强大的优势。今天，我们就来深入探讨一下这款芯片的相关特性和应用。

文件下载：M24SR04-YDW6T 2.pdf

一、产品概述

M24SR04属于ST25系列，该系列涵盖了STMicroelectronics的所有NFC/RFID标签和阅读器产品。M24SR04是一款具有双接口的动态NFC/RFID标签IC，内置了4-Kbit的EEPROM存储器。它既可以通过$I^{2}C$接口进行操作，也能与13.56 MHz的RFID阅读器或NFC手机进行通信。

二、关键特性

（一）物理特性

• 唯一标识符：具备7字节的唯一标识符（UID），确保了设备的唯一性，方便在各种系统中进行识别和管理。
• 密码保护：支持128位的密码保护，为数据的安全性提供了可靠的保障，有效防止未经授权的访问。
• 封装形式：提供SO8（MN）、TSSOP8（DW）和UFDFPN8（MC）三种封装形式，满足不同应用场景的需求。

（二）电气特性

• 温度范围：工作温度范围为 -40 °C至85 °C（等级Y）和 -25 °C至85 °C（等级G），能够适应较为恶劣的环境条件。
• 电源电压：单电源电压范围为2.7 V至5.5 V（等级Y）和2.4 V至5.5 V（等级G），为不同的电源设计提供了灵活性。
• $I^{2}C$接口：采用两线$I^{2}C$串行接口，支持1 MHz的协议，通信速度快，能够满足大多数应用的需求。

（三）通信特性

• 非接触式接口：符合NFC Forum Type 4 Tag标准，支持ISO/IEC 14443 Type A协议，数据传输速率为106 Kbps，确保了稳定、高效的非接触式通信。
• 内存特性：拥有512字节（4-kbit）的EEPROM存储器，数据保留时间长达200年，写入周期耐久性高，在25 °C时可达100万次，在85 °C时可达60万次。同时，单次命令可读取和写入最多246字节的数据，提高了数据传输的效率。

三、功能模式

（一）$I^{2}C$模式

在此模式下，M24SR04由$V_{CC}$供电，$I^{2}C$接口连接到设备，$I^{2}C$主机可以与M24SR04进行通信，实现对设备的控制和数据读写。

（二）标签模式

M24SR04由RF场供电，可与RF主机（如RFID阅读器或NFC手机）进行通信。在这种模式下，用户内存只能通过RF命令进行访问。

（三）双接口模式

RF和$I^{2}C$接口都连接到M24SR04，RF或$I^{2}C$主机都可以与设备进行通信。设备自身负责电源供应和访问管理，通过令牌机制确保同一时间只有一个主机能够与设备进行通信。

四、信号描述

（一）$I^{2}C$接口信号

• 串行时钟（SCL）：用于同步数据传输，在大多数应用中，若总线主机具有推挽输出，则无需上拉电阻；若用于同步总线时钟，总线主机需具有开漏输出，并连接上拉电阻。
• 串行数据（SDA）：双向信号，用于数据传输，为开漏输出，需连接上拉电阻。

（二）其他信号

• 天线线圈（AC0，AC1）：用于连接外部线圈，应避免连接其他DC或AC路径，正确调谐后可使用NFC Forum Type 4命令访问设备。
• 接地（$V_{SS}$）：为所有引脚提供参考电压。
• 电源电压（$V_{CC}$）：可连接外部DC电源，内部电压调节器确保外部电压能够为M24SR04供电。在操作前，需确保$V_{CC}$电压在规定范围内且稳定。
• RF禁用：用于禁用RF通信，其状态根据$V_{CC}$引脚电压和I²C主机的设置进行控制。
• 通用输出（GPO）：为开漏输出，需连接外部上拉电阻，可配置为多种状态，如会话打开、写入进行中、$I^{2}C$应答就绪等，其行为与$I^{2}C$或RF会话的激活状态以及所选模式相关。

五、内存管理

（一）内存结构

M24SR04支持NFC Forum Type 4 Tag定义的NDEF标签应用，由能力容器文件（CC文件）、NDEF文件和系统文件三个文件组成。

• 系统文件：包含设备的配置信息，如$I^{2}C$保护、$I^{2}C$看门狗、RF启用等。
• CC文件：提供有关M24SR04和NDEF文件的信息，为只读文件，但部分字段可通过特定流程进行更改。
• NDEF文件：存储用户数据，可通过RF或$I^{2}C$主机进行读写操作。

（二）文件标识符

每个文件都有对应的文件标识符，用于在选择命令中选择文件。例如，系统文件的标识符为0xE101，CC文件为0xE103，NDEF文件为0x0001。

（三）读写访问权限

NDEF文件可以进行读写访问锁定，并通过128位的密码进行保护。读写访问权限由CC文件中的两个字节定义，用户可以根据需要更改这些权限。

六、通信机制

（一）主从关系

M24SR04在$I^{2}C$总线或RF通道上作为从设备，等待$I^{2}C$主机或RF主机发送命令后再进行响应。

（二）会话机制

M24SR04采用令牌系统，令牌有RF和$I^{2}C$两种可能的值。当令牌分配给某一接口时，设备只能与该接口进行通信。

• RF令牌：在防冲突完成后分配给RF接口，释放条件包括RF场切断、接收到取消选择命令或$I^{2}C$主机发送KillRFsession命令。
• $I^{2}C$令牌：当$I^{2}C$主机发送正确的设备选择命令后分配给$I^{2}C$接口，释放条件包括$V_{CC}$引脚断电或接收到$I^{2}C$令牌释放序列。

七、命令集

（一）通用命令集

包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816-4命令集和专有命令集。这些命令集使用I-Block、R-Block和S-Block三种数据格式进行数据交换。

（二）特定命令集

• RF特定命令集：如防冲突命令集、RATS命令和ATS响应、PPS命令及响应等，用于RF接口的设备激活、通信参数配置等操作。
• $I^{2}C$特定命令集：如Get$I^{2}C$session命令和KillRFsession命令，用于打开和关闭$I^{2}C$会话。

八、设备操作

（一）RF设备操作

• 防冲突和设备激活：支持NFC-A技术的防冲突命令集，通过相应命令实现设备的激活。
• 会话管理：通过发送SelectApplication命令打开RF会话，通过发送S(DES)命令或关闭RF场关闭RF会话。

（二）$I^{2}C$设备操作

• 通信协议：基于命令和应答交换的系统，$I^{2}C$主机发送请求，M24SR04执行内部操作并返回应答。
• 会话管理：通过发送GetSession命令或KillRFsession命令打开$I^{2}C$会话，通过关闭$V_{CC}$电源、发送$I^{2}C$令牌释放序列、等待$I^{2}C$看门狗或$I^{2}C$时钟周期超时关闭$I^{2}C$会话。

九、功能流程

（一）NDEF消息选择

通过打开RF或$I^{2}C$会话、发送SelectNDEFTagApplication命令、选择CC文件、读取CC文件和选择NDEF文件等步骤，检测M24SR04中的NDEF消息。

（二）NDEF消息读取

在成功检测到NDEF文件后，检查读取权限，选择NDEF文件并进行读取操作。需要注意的是，读取操作不应超出NDEF消息的长度。

（三）锁定NDEF文件读取

对于已锁定的NDEF文件，需要先选择NDEF标签应用和NDEF文件，然后使用Verify命令验证读取密码，最后读取文件数据。

（四）其他操作

还包括锁定和解锁NDEF文件、更改NDEF密码、更改文件类型和更新NDEF文件等操作，每个操作都有相应的步骤和命令要求。

十、总结

M24SR04-Y和M24SR04-G作为一款功能强大的动态NFC/RFID标签IC，具有丰富的特性和灵活的操作方式。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的功能模式和命令集，合理配置设备的参数和权限，以确保设备的正常运行和数据的安全。同时，在设计电路时，要注意各个信号的连接和处理，以及电源和温度等因素对设备性能的影响。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地了解和应用M24SR04这款芯片。

各位工程师在使用M24SR04的过程中，是否遇到过一些独特的问题或有一些特别的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。