NXP NTAG I²C plus：开启NFC应用新境界

在当今的电子世界中，NFC（近场通信）技术正以其便捷、高效的特点，广泛应用于各个领域。NXP推出的NTAG I²C plus系列产品，作为连接NFC标签的佼佼者，为NFC在家庭自动化和消费类应用中的发展注入了新的活力。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。与第一代NTAG I²C产品相比，它不仅保持了完全的向后兼容性，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先进功能。其第二代技术使数据传输性能提升了四倍，还具备能量收集能力。同时，该产品针对入门级NFC应用进行了优化，拥有最低的物料清单（BoM）成本。此外，它的I²C和NFC通信基于简单的标准命令集，还配备了演示板OM5569/NT322E，包含在线参考源代码，只需简单的天线设计，无需或仅需少量额外组件，并且网上有大量参考设计可供参考。该开发板还通过了NFC Forum Type 2 Tag认证（认证编号：58514）。

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，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从设备，具有可配置的场检测引脚，基于开漏实现，可用于信号NFC事件或同步直通数据传输。
3. 内存：配备2k字节的EEPROM和64字节的SRAM缓冲区，用于NFC和I²C接口之间的数据传输，支持内存镜像或直通模式，并且在NFC和I²C内存访问之间有清晰的仲裁机制。
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，可实现更高的数据吞吐量。
5. 安全与内存访问管理：可根据32位密码，实现从NFC接口对内存的完全、只读或无访问权限；同样，从I²C接口也能进行相应配置；具备NFC静音功能，可禁用NFC接口；采用基于椭圆曲线密码学（ECC）的原创性签名，实现简单而可靠的身份验证。
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；能从NFC场中收集能量，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，能适应各种恶劣的工业环境。

（二）关键优势

1. 高度互操作性：能与所有支持NFC的设备完美兼容，通过NFC和I²C接口实现超快速的数据交换（最高可达40 kbit/s），为用户带来流畅的使用体验。
2. 零功耗运行与数据存储：具备非易失性数据存储功能，可在零功耗状态下保存数据，有效节省能源。
3. 能量收集功能：能从NFC场中收集能量，最高可输出15 mW，为部分主机系统供电，减少外部电源的依赖。
4. 数据保护：提供强大的数据保护机制，防止未经授权的数据操作，保障数据安全。
5. 多应用支持：凭借其内存大小和分段选项，可支持多种应用场景，满足不同用户的需求。
6. 低成本与小尺寸：在嵌入式电子设备中，拥有最低的物料清单成本和最小的占地面积，降低了产品的整体成本和设计难度。

三、应用领域

NTAG I²C plus的应用范围十分广泛，涵盖了物联网节点（如家庭自动化、智能家居等）、消费类应用的配对与配置、NFC配件（如耳机、扬声器等）、可穿戴信息娱乐设备、健身器材、消费电子、医疗保健、智能打印机、电表、电子货架标签等领域。其强大的功能和广泛的适用性，使其成为众多电子工程师在设计NFC应用时的首选产品。

四、产品细节

（一）订购与标记信息

产品提供多种型号和封装形式，如NT3H2111WOFHK、NT3H2211WOFHK等，封装包括XQFN8、TSSOP8、SO8等。同时，不同型号有对应的标记代码，方便生产和管理。

（二）引脚信息

产品提供XQFN8、TSSOP8和SO8三种封装的引脚配置，引脚功能包括天线连接、接地、串行时钟、场检测、串行数据、电源输入、电压输出等。详细的引脚描述和配置图，为工程师的设计提供了清晰的指导。

（三）功能描述

1. 模块组成：NTAG I²C plus IC由EEPROM、SRAM、NFC接口、数字控制单元、电源管理和能量收集单元以及I²C从接口组成。能量和数据通过一个由几圈线圈组成的天线进行传输，该天线直接连接到NTAG I²C plus IC。
2. NFC接口：基于ISO/IEC 14443 - 3 Type A标准的无源NFC接口，需要由NFC场（如支持NFC的设备）供电，才能接收命令并发送响应。为确保数据传输的可靠性，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。其NFC状态机包括IDLE、READY 1、READY 2、ACTIVE、AUTHENTICATED和HALT等状态，不同状态下对命令的响应和处理方式不同。
3. 内存组织：内存分为EEPROM和SRAM两部分。EEPROM用于存储7字节UID、内存锁定条件、IC配置信息和用户内存；SRAM为64字节的易失性内存，无写入耐久性限制，仅在通过VCC引脚供电时可用。从NFC和I²C接口的内存映射有所不同，并且可以通过配置实现SRAM的镜像功能。
4. 可配置场检测引脚：基于开漏实现的场检测引脚，可根据NFC接口的活动触发外部设备或通过外部电源管理单元开启连接的电路。该引脚的功能通过NFC场电源操作，无需为标签本身提供VCC电源。其信号的拉低和释放条件可根据不同的配置进行设置，还可作为直通模式下的握手机制，向外部微控制器发送数据读写信号。
5. 看门狗定时器：为防止I²C接口长时间锁定内存访问，可设置看门狗定时器。当I²C与NTAG I²C之间的通信开始时，定时器开始计时。若在定时器到期后通信仍在进行，则通信将继续，直到完成后清除I²C_LOCKED状态寄存器；若通信在定时器到期前完成，但I²C_LOCKED状态寄存器未被主机清除，则在定时器结束时清除。该定时器仅在VCC引脚供电时有效。
6. 能量收集：NTAG I²C plus能够从NFC设备的NFC场中收集能量，为外部低功耗设备供电。其输出电压和电流取决于NFC场强度、标签天线尺寸和与NFC设备的距离等参数。在能量收集模式下操作时，需要注意连接适当的电容、限制启动负载电流、合理设置上拉电阻以及确保NFC阅读器设备应用包含NFC Field Off条件的轮询周期等。
7. 密码认证：可对部分内存进行密码保护，通过设置32位密码（PWD）和16位密码确认（PACK），并可使用AUTHLIM参数限制密码验证失败的次数。在初始状态下，密码保护功能禁用，可自由写入PWD和PACK；启用密码保护后，需在成功进行PWD_AUTH命令后才能写入。
8. 原创性签名：采用基于标准椭圆曲线密码学（ECC）的数字签名，可验证标签是否使用NXP Semiconductors制造的IC。每个NTAG I²C plus UID都用NXP私钥进行签名，生成的32字节签名存储在标签的隐藏内存部分。可通过READ_SIG命令获取签名，并使用NXP提供的相应ECC公钥在NFC设备中进行验证。

（四）I²C命令

NTAG I²C plus支持I²C协议，其通信包括起始条件、停止条件、I²C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。在进行这些操作时，需要注意相应的条件和时间要求，以确保数据传输的准确性和稳定性。

（五）NFC命令

NTAG I²C plus支持多种NFC命令，如Request、Wake - up、Anticollision、Select、Halt、GET_VERSION、READ_SIG、PWD_AUTH、READ、FAST_READ、WRITE、FAST_WRITE和SECTOR_SELECT等。每个命令都有特定的代码、参数和响应时间要求，工程师在使用时需要根据具体需求进行选择和配置。

（六）通信与仲裁

当NFC和I²C接口都有相应电源供电时，根据“先到先得”的原则，只有一个接口可以访问内存。NS_REG中的I2C_LOCKED和RF_LOCKED状态位反映了内存访问的状态。在不同的模式下（如非直通模式和直通模式），两个接口的访问规则和数据传输方式有所不同。在非直通模式下，I2C接口和NFC接口的访问需要根据相应的状态位进行判断和操作；在直通模式下，通过64字节的SRAM缓冲区实现数据的快速传输，并可通过设置TRANSFER_DIR位确定数据流向。

五、电气特性与限制

产品规定了一系列的限制值，如存储温度、最大结温、静电放电电压、电源电压、输入电压、输入电流和RF输入电压等。超过这些限制值可能会对设备造成永久性损坏，影响设备的可靠性。同时，文档还给出了产品的各项电气特性，如输入电容、输入频率、工作环境温度、热阻、能量收集特性、I²C接口特性、引脚特性和EEPROM特性等，为工程师在设计电路和选择外围元件时提供了重要的参考依据。

六、总结

NXP NTAG I²C plus凭借其丰富的功能、卓越的性能和广泛的应用领域，为电子工程师在NFC应用设计中提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在家庭自动化、消费电子还是工业控制等领域，它都能发挥出重要的作用。然而，在使用过程中，工程师需要充分了解产品的各项特性和要求，严格按照文档进行设计和操作，以确保产品的稳定性和可靠性。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。