ST25DV04K/16K/64K：动态NFC/RFID标签IC的深度剖析

在当今的电子领域，NFC/RFID技术的应用越来越广泛，为各种设备带来了便捷的无线通信功能。ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K这三款动态NFC/RFID标签IC，凭借其出色的性能和丰富的功能，在众多应用场景中脱颖而出。今天，我们就来深入探讨一下这三款芯片的特点、功能以及应用中的注意事项。

文件下载：ST25DV04K-JFR8D3.pdf

芯片概述

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K分别提供4 Kbit、16 Kbit和64 Kbit的电可擦除可编程存储器（EEPROM）。它们具有两个接口，一个是 (I^{2} C) 串行链路，可由直流电源供电；另一个是RF链路，当芯片作为非接触式存储器时，由接收到的载波电磁波供电。这种双接口设计使得芯片在不同的应用场景中都能灵活使用。

芯片特性

接口特性

• (I^{2} C) 接口：支持1MHz的 (I^{2} C) 协议，单电源电压范围为1.8V至5.5V，可进行多字节写入编程（最多256字节）。
• 非接触式接口：基于ISO/IEC 15693标准，获得NFC Forum Type 5标签认证，支持所有ISO/IEC 15693调制、编码、子载波模式和数据速率，自定义快速读取访问速度可达53 Kbit/s。

内存特性

• EEPROM内存：根据版本不同，最多可达64-kbits。 (I^{2} C) 接口按字节访问，RF接口按4字节块访问。
• 写入时间：从 (I^{2} C) 写入1字节典型时间为5ms，从RF写入1块典型时间为5ms。
• 数据保留：长达40年。
• 写入周期耐久性：在不同温度下有不同的写入周期次数，如25°C时为100万次，85°C时为60万次等。

其他特性

• 快速传输模式：通过256字节的专用缓冲区实现 (I^{2} C) 和RF接口之间的快速数据传输。
• 能量收集：具有模拟输出引脚，可为外部组件供电。
• 数据保护：用户内存可分为1至4个可配置区域，通过RF的三个64位密码和 (I^{2} C) 的一个64位密码进行读写保护；系统配置通过RF和 (I^{2} C) 的64位密码进行写保护。

芯片封装与信号

芯片提供多种封装形式，包括8引脚（SO8N、TSSOP8、UFDFPN8）、10球（WLCSP）和12引脚（UFDFPN12）。不同封装适用于不同的应用需求，例如开漏中断输出和CMOS中断输出等。

信号方面，涉及到能量收集（V_EH）、中断输出（GPO）、串行数据（SDA）、串行时钟（SCL）、天线线圈（AC0、AC1）等多个信号，每个信号都有其特定的功能和方向。例如，V_EH用于能量收集输出，GPO用于指示各种事件，SDA和SCL用于 (I^{2} C) 通信。

电源管理

有线接口

在 (I^{2} C) 模式下，需要在指定的 (V_{CC}) 电压范围内提供稳定的电源。电源上升时间不能超过1V/µs，并且在电源上升过程中，芯片有上电复位（POR）电路，以防止意外写入操作。在写入操作时，需要注意快速传输模式必须在写入操作前停用，否则可能导致编程失败。

非接触式接口

在RF模式下，芯片需要在特定的电磁场内工作，并且在启动RF电路时，RF场需要在无调制的情况下开启一段时间，以确保芯片正常启动。在关闭RF电路时，RF场需要关闭一段时间以实现复位。

内存管理

内存组织概述

芯片的内存分为用户内存、动态寄存器、快速传输模式缓冲区和系统配置区域四个主要区域。用户内存可分为4个灵活的用户区域，每个区域可通过特定密码进行读写保护；动态寄存器可提供动态活动状态或临时激活/停用某些功能；快速传输模式缓冲区作为 (I^{2} C) 和RF接口之间的邮箱，实现快速数据传输；系统配置区域包含静态寄存器，用于配置芯片的各种功能，其访问受64位配置密码保护。

用户内存

用户内存可从 (I^{2} C) 和RF接口访问，但访问方式不同。 (I^{2} C) 接口按字节访问，RF接口按块访问。用户内存还可以分为不同的区域，每个区域有不同的访问权限，并且在编程区域大小时需要遵循特定的规则。

系统配置区域

系统配置区域的静态寄存器可通过RF和 (I^{2} C) 接口访问，但需要相应的安全会话才能进行写入操作。在RF模式下，需要打开RF配置安全会话并确保配置未锁定；在 (I^{2} C) 模式下，需要打开 (I^{2} C) 安全会话。

动态配置

动态寄存器允许临时修改芯片的行为或报告其活动状态。这些寄存器是易失性的，在POR后不会恢复到之前的值。动态寄存器可通过RF和 (I^{2} C) 接口访问，无需密码。

快速传输模式邮箱

快速传输模式使用256字节的专用邮箱缓冲区，实现 (I^{2} C) 和RF之间的消息传输。在RF和 (I^{2} C) 模式下，都可以对邮箱进行读写操作，但需要确保快速传输模式已启用，并且邮箱处于可用状态。

芯片特定功能

快速传输模式（FTM）

FTM通过256字节的缓冲区实现 (I^{2} C) 和RF之间的快速数据传输。在使用FTM时，需要注意相关的寄存器设置，如MB_MODE、MB_WDG、MB_CTRL_Dyn和MB_LEN_Dyn等。在进行数据传输时，需要确保电源供应正常，并且邮箱处于可用状态。

GPO

GPO信号用于向 (I^{2} C) 主机提醒外部RF事件或芯片进程活动。它支持多种中断模式，可报告RF场变化、RF活动、内存写入完成等事件。GPO的输出模式可通过相关寄存器进行配置，并且在不同的电源和RF场条件下有不同的表现。

能量收集（EH）

能量收集功能可在外部条件允许时提供微瓦级的功率。通过EH_MODE寄存器可设置能量收集的默认策略，EH_CTRL_Dyn寄存器可动态激活或停用能量收集功能。在进行能量收集时，需要注意RF通信可能会受到影响，并且能量收集电压输出未经过调节。

RF管理功能

RF管理功能允许芯片忽略RF请求。通过RF_MNGT和RF_MNGT_Dyn寄存器可控制RF通信的状态，提供RF睡眠模式、RF禁用模式和RF正常模式三种模式。

接口仲裁

芯片会自动仲裁RF和 (I^{2} C) 接口的独占使用，遵循“先到先服务”的原则。当一个接口忙碌时，另一个接口的请求可能会被拒绝或返回错误代码。

数据保护

芯片提供基于密码的数据保护机制，保护用户内存和系统配置的静态寄存器。RF用户和 (I^{2} C) 主机可通过密码打开安全会话来访问受保护的数据。不同的安全会话有不同的访问权限，并且动态寄存器和快速传输模式邮箱不受安全会话保护。

操作模式

(I^{2} C) 操作

芯片支持 (I^{2} C) 协议，包括启动条件、停止条件、确认位（ACK）等。在 (I^{2} C) 操作中，还涉及到超时机制、设备寻址、写入操作、读取操作和密码管理等方面。例如，在写入操作时，需要注意快速传输模式必须在写入操作前停用，否则可能导致编程失败；在读取操作时，需要确保相应的区域未被保护或安全会话已打开。

RF操作

芯片在RF模式下遵循ISO/IEC 15693或NFC Forum Type 5的建议，进行无线功率传输和通信。RF通信涉及到激活芯片、传输命令和响应等操作，并且有特定的操作场、功率传输、频率等要求。芯片还支持多种RF命令，如Inventory、Read Single Block、Write Single Block等，每个命令都有其特定的请求格式、响应格式和错误代码。

芯片参数与订购信息

设备参数

芯片有一定的绝对最大额定值，包括环境温度、存储温度、引脚电压、电流等方面的限制。在使用芯片时，需要确保操作条件在这些额定值范围内，以避免对芯片造成永久性损坏。

订购信息

订购信息包括设备类型、内存大小、设备特性、工作电压、设备等级、封装和电容等方面的信息。用户可以根据自己的需求选择合适的芯片型号。

总结

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K这三款芯片具有丰富的功能和特性，适用于各种NFC/RFID应用场景。在设计过程中，电子工程师需要充分了解芯片的接口特性、内存管理、特定功能、操作模式等方面的知识，以确保芯片的正常使用。同时，还需要注意芯片的参数限制和订购信息，选择合适的芯片型号和封装形式。希望本文对大家在使用这三款芯片时有所帮助，如果你在使用过程中有任何问题或疑问，欢迎在评论区留言讨论。