ST公司的ST25R3911B是具有1.4W支持VHBR和AAT的高性能HF读卡器和NFC发起设备,包括了模拟前端(AFE)和高度集成数据帧系统,用于ISO 18092(NFCIP-1)发起设备,ISO 18092(NFCIP-1)主动目标设备,ISO 14443A和B读卡器,ISO 15693读卡器和FeliCa™读卡器.工作电压2.4 V- 5.5 V,工作温度-40℃- 125℃ ,主要用在EMV支付,电子政务,接入控制,NFC基础设施和票务.本文介绍了ST25R3911B主要特性,框图,接收器框图和应用配置图,以及Discovery套件ST25R3911B-DISCO主要特性,框图,电路图,材料清单和PCB设计图.

适用于诸如门禁、票务、工业、医疗及消费等用户要求最佳RF性能和灵活性以及低功耗的各种应用

The ST25R3911B is a highly integrated NFC Initiator / HF Reader IC, including the analog front end (AFE) and a highly integrated data framing system for ISO 18092 (NFCIP-1) initiator, ISO 18092 (NFCIP-1) active target, ISO 14443A and B reader (including high bit rates), ISO 15693 reader and FeliCa™ reader. Implementation of other standard and custom protocols like MIFARE™ Classic is possible using the AFE and implementing framing in the external microcontroller (Stream and Transparent modes).

The ST25R3911B is positioned perfectly for the infrastructure side of the NFC system, where users need optimal RF performance and flexibility combined with low power.

Thanks to automatic antenna tuning (AAT) technology, the device is optimized for applications with directly driven antennas. The ST25R3911B is alone in the domain of HF reader ICs as it contains two differential low impedance (1 Ohm) antenna drivers.

The ST25R3911B includes several features that make it very suited for low power applications. It contains a low power capacitive sensor that can be used to detect the presence of a card without switching on the reader field. The presence of a card can also be detected by performing a measurement of amplitude or phase of signal on antenna LC tank, and comparing it to the stored reference. It also contains a low power RC oscillator and wake-up timer that can be used to wake up the system after a defined time period, and to check for the presence of a tag using one or more low power detection techniques (capacitive, phase or amplitude).

The ST25R3911B is designed to operate from a wide (2.4 V to 5.5 V) power supply range; peripheral interface IO pins support power supply range from 1.65 V to 5.5 V.

ST25R3911B主要特性:

• ISO 18092 (NFCIP-1) Active P2P

• ISO14443A, ISO14443B, ISO15693 and FeliCa™

• Supports VHBR (3.4 Mbit/s PICC to PCD framing, 6.8 Mbit/s AFE and PCD to PICC framing)

• Capacitive sensing

- Wake-up

• Automatic antenna tuning system providing tuning of antenna LC tank

• Automatic modulation index adjustment

• AM and PM (I/Q) demodulator channels with automatic selection

• DPO (Dynamic Power Output)

• Up to 1.4 W in case of differential output

• User selectable and automatic gain control

• Transparent and Stream modes to implement MIFARE™ Classic compliant or other custom protocols

• Possibility of driving two antennas in single ended mode

• Oscillator input capable of operating with 13.56 MHz or 27.12 MHz crystal with fast start-up

• 6 Mbit/s SPI with 96 bytes FIFO

• Wide supply voltage range from 2.4 V to 5.5 V

• Wide temperature range: -40℃ to 125℃

• QFN32, 5 mm x 5 mm package

ST25R3911B应用:

• EMV payment

• E-government

• Access control

• NFC infrastructure

• Ticketing

图1.ST25R3911B框图

图2.ST25R3911B接收器框图

图3.ST25R3911B带单片天线驱动(包括EMC滤波器)最低配置图

图4.ST25R3911B带差分天线驱动(包括EMC滤波器)最低配置图

Discovery套件ST25R3911B-DISCO

Discovery kit for the ST25R3911B high performance HF reader / NFC initiator The ST25R3911B-DISCO is a ready-to-use development kit to evaluate the functions of the high performance HF reader / NFC initiator ST25R3911B in Reader mode for contactless applications.

The ST25R3911B-DISCO kit supports

• ISO 18092 (NFCIP-1) active P2P

• ISO 14443A and ISO14443B

• ISO 15693

• FeliCa™

• VHBR, with 6.8 Mbit/s PCD to PICC framing and 3.4 Mbit/s PICC to PCD framing

• Up to 1.4 W output power with differential antenna

• Possibility of driving two antennas in single ended mode, with automatic antenna tuning (AAT) system

• Inductive and capacitive Wake-up

• User selectable and automatic gain control

• Transparent and Stream modes to implement MIFARE® Classic compliant or other custom protocols

Discovery套件ST25R3911B-DISCO包括:

• the STM32L476RET6, a 32-bit microcontroller with 512 KB of Flash memory

• a 105 mm x 52 mm, two turns antenna etched on the PCB, and its VHBR tuning circuit

• a Micro-USB connector for communication with the host PC and board powering

• six LEDs indicating the presence of the RF field and of the protocol used to communicate

图5.Discovery套件ST25R3911B-DISCO外形图(正面)

图6.Discovery套件ST25R3911B-DISCO框图

图7.Discovery套件ST25R3911B-DISCO电路概述

图8.Discovery套件ST25R3911B-DISCO电路图:USB接口

图9.Discovery套件ST25R3911B-DISCO电路图:STM32L476

图10.Discovery套件ST25R3911B-DISCO电路图:ST25R3911B

图11.Discovery套件ST25R3911B-DISCO电路图:天线和匹配网络

Discovery套件ST25R3911B-DISCO材料清单:

图12.Discovery套件ST25R3911B-DISCO PCB设计图(1)

图13.Discovery套件ST25R3911B-DISCO PCB设计图(2)

图14.Discovery套件ST25R3911B-DISCO PCB设计图(3)

图15.Discovery套件ST25R3911B-DISCO PCB设计图(4)

图16.Discovery套件ST25R3911B-DISCO PCB设计图(5)

en.BOM-ST25R3911B-DISCO.pdf

en.DM00280466.pdf

en.DM00321525.pdf

en.Schematics-ST25R3911B-DISCO-MB1325.pdf

高频读卡器介绍

高频读卡器是工作于高频HF频段的读卡器。一般工作于13.56M频段。在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作，也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。

特性

1. 工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。

2. 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

3. 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

4. 感应器一般以电子标签的形式。

5. 虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

6. 该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

7. 可以把某些数据信息写入标签中。

8. 数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

主要应用

1. 图书管理系统的应用

2. 瓦斯钢瓶的管理应用

3. 服装生产线和物流系统的管理和应用

4. 三表预收费系统

5. 酒店门锁的管理和应用

6. 大型会议人员通道系统

7. 固定资产的管理系统

8. 医药物流系统的管理和应用

9. 智能货架的管理

NFC发起设备介绍

NFC技术由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术(NFCIP-1)，并向ECMA国际组织提交标准草案。这项开放技术规格NFCIP-1被认可为ECMA-340标准，并由ECMA向ISO/IEC提交标准，现在该技术被批准纳入ISO/IEC18092。2003年NFCIP-1被ETSI批准为TS 102 190 v1.1.1。为了兼容非接触式智能卡，2004年NFC论坛又推出了NFCIP-2规范，并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1。

其中NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式，以及主动与被动NFC模式初始化过程中，数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外，这些标准还定义了传输协议，其中包括协议启动和数据交换方法等。

NFCIP-2则指定了一种灵活的网关系统，用来检测和选择三种操作模式之一：NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后，按照所选的模式进行后续动作。网关标准还具体规定了RF接口测试方法(ISO/IEC 22536和ECMA-356)和协议测试方法(ISO/IEC 23917和ECMA-362)。这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO/IEC 14443 A和B以及Felica(Proximity Cards)和ISO 15693(Vicinity Cards)的读写器。

2.　NFC技术特点

NFC技术的要点有：

(1)在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下进行标准化;

(2)以13.56MHz RFID技术为基础;

(3)通信距离为20cm;

(4)与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容;

(5)数据传输速率106kbit/s、212 kbit/s或424kbit/s。

2.1、近距离感应

NFC设备之间的极短距离接触，主动通信模式为20cm，被动通信模式为10cm，让信息能够在NFC设备之间点对点快速传递。

2.2、安全的通信

除了极短距离通信先天的安全性;避免信息遭监控与窜改。NFC的安全机制也可通过加/解密系统来确保移动装置间的安全通信。数据安全方面除标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，读卡机与卡之间也可相互认证，实现安全通信和存储;

2.3、快速的处理速度

从NFC移动设备侦测、身份确认到数据存取只需要约0.1s的时间即可完成。

2.4、服务的配对访问

通过NFC技术可在单一移动设备上提供多种应用服务。这些应用服务一一对应到移动设备上有，而启用每一服务时必须输入对应的密钥才能访问，这样的管理方式让单一移动设备上的多个服务能够确保其安全性。

2.5、主被动通信模式切换

手机内信息既能够被读卡器读取，手机本身也能作为读卡器，还能实现两个手机间的近距通信。

3.　NFC设备

NFC设备是NFC通信的读写设备，可作为发起设备或目标设备，集成于个人移动通信终端的NFC多媒体手机是目前发展的主流。

NFC标签是储存数据的IC，可被NFC设备读取，通常应用在被动通信模式下。如符合ISO/IEC 14443规范的Philips公司的MIFARE卡和Sony公司的Felica卡。

4.　通信模式

NFC通信通常在发起设备和目标设备间发生，任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。两者之间是以交流磁场方式相互耦合，并以ASK方式或FSK方式进行载波调制，传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化NFCIP-1的通信(调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式)。目标设备则响应发起设备所发出的命令，并选择由发起设备所发出的或是自行产生的无线射频磁场进行通信。

4.1、主动模式

在主动模式下，每台设备要向另一台设发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图1所示，发起设备和目标设备都要产生自己的射频场，以便进行通信。这是点对点通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。

4.2、被动模式

在被动模式下，NFC发起设备(也叫主设备，启动NFC通信的设备)，拧U馐堑愣缘阃ㄐ诺谋曜寄J剑梢曰竦梅浅?焖俚牧由柚谩�

4.2、被动模式

在被动模式下，NFC发起设备(也叫主设备，启动NFC通信的设备)，在整个通信过程中提供射频场(RF-field)，如图2所示。它可以选择106kbit/s、212kbit/s或424 kbit/s其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备)，不必产生射频场，利用感应的电动势提供工作所需的电源，使用负载调制(Load Modulation)技术进行数据收发。

移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，并延长电池寿命。在一个应用会话过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能，电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。