小功率无线充NFC强于Qi,ST方案详解

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NFC近场通信基于其独特的技术特性,正在被更多新的应用场景所接受,在带来更丰富、便捷用户体验的同时,也为整个NFC生态链带来了巨大的增量市场机会。

2022年6月29日,全球领先的专业电子机构媒体AspenCore和深圳市新一代信息通信产业集群联合主办“2022国际AIoT生态发展大会”。在同期举办的“智慧可穿戴分论坛”上,意法半导体MMS中国区市场部经理孙超先生,以《NFC打开可穿戴设备新的应用空间》为题,分享了NFC技术一些新的应用方向,以及ST在NFC领域的最新动态。

意法半导体MMS中国区市场部经理 孙超

NFC技术早在2000年初就已经面世,但是在初期由于缺乏比较好的应用场景,导致大众对NFC技术,即熟悉又陌生。直到移动支付的兴起,以及在手机、手环等移动设备端大面积普及NFC技术之后,人们才开始在日常生活中体验到NFC带来的便利。

例如,使用手环支付乘坐公交地铁,借助数字车钥匙打开车,蓝牙耳机加NFC标签与手机碰一碰即可实现蓝牙连接。而今天这里要着重讲到的是NFC无线充电技术。

意法半导体MMS中国区市场部经理孙超介绍,NFC无线充电是NFC Forum定义的NFC系统工作的第四种工作模式,它的目标是3W以内小功率充电场景。该套标准里面还定义了更安全的充电控制机制,比如说FOD异物监测;以及静态模式和交互模式(进行实时功率控制)。

那么,NFC无线充和Qi有什么区别?

孙超解释说,可以从传输功率水平以及天线尺寸这两个维度,跟Qi做一个对比。Qi适用于较大功率充电场景;NFC适用于小功率充电,同时天线尺寸更小。

图:NFC无线充电技术概况

NFC的特定优势

1. 由于NFC属于射频无线技术,频率更高,相比Qi的频率可以实现更小的天线尺寸设计。

2. NFC数据通信能力要强于Qi,NFC技术频率高,本身就是一个通信技术,可以在传输能量的同时传输数据。

3. 第三是建立在第二点的基础上,数据通信能力强了之后就可以定义各种复杂的功能,充电的过程也会更安全。在目前的穿戴设备小型化尺寸场景下,无线充电使用Qi最大的烦恼就是效率不高,有发热的问题,NFC在这个部分处理得相对较好。

NFC无线充电方案展示

NFC充电的目标场景,包括耳机、手表、手环、智能眼镜、电容笔以及日常生活当中的一些小功率电器。具体方案来看,是在小型化设备上加无线充电的接收端。发射端有两种情况,一种是用专用读写器去做发射端或是专用充电底座;另外一种情况是用手机上现有的NFC功能,这是由NFC Forum定义的一种工作模式,NFC Forum也在推动把协议做到手机,比如说安卓或者是iOS原生里面去,也就是说手机未来可以做到原生支持NFC无线充电的功能。

ST现场视频展示了一套方案,发射端是12×12毫米,接收端是9×9毫米,基本上是小于一个硬币的尺寸。目前能够达到500mW的充电接收功率,软件方面可以做到完全支持NFC论坛协议的设计,包括已经实现了静态或者是交互两种模式。孙超还讲到,NFC无线充电的硬件设计难点,一个是天线的设计,需要适配结构;另外一个就是在产品特定的结构条件下怎么做到效率最优化。

图:ST NFC无线充电方案演示

图:ST NFC无线充电方案设计及亮点

孙超表示,NFC无线充电方案在电容笔、智能眼镜、指环设备都已有成功案例,并且积累了一定的设计经验。ST能够帮助客户最快的实现产品化的设计。在芯片产品这一块,ST NFC芯片家族都经过了NFC论坛认证。方案方面,ST也可以提供最接近产品化的参考设计。同时,ST提供设计工具和参考设计,以满足客户的定制化设计需求。

图:ST的NFC产品&方案、设计支持、开发生态

图:ST25 NFC无线充电成功案例

NFC的更多市场空间

意法半导体MMS中国区市场部经理孙超认为,从应用和技术的角度,NFC仍然有非常大的应用潜力和市场空间。例如,在无源物联网的技术背景下,NFC标签可以做到完全的无源,不需要电池的供电,非常适合把一些不具备供电能力或者是不带有通信功能的物理层的物,进行信息的数字化。

ST拥有一套完整的NFC产品系列,除了支付类的场景和应用领域之外,目前还有ST25系列,包含无源标签、动态标签以及有源端读卡器。标签是无源存储介质,手机和读卡器可以读写里面的内容;动态标签是在无源标签基础上增加了接口变成了双界面的标签,这样用户可以用手机或是读卡器通过无线的方式配制NFC里面的数据,非常适合做产品的参数配制和固件升级这一类的应用。整个ST 25系列在工业类、消费类都已经有非常广泛的应用。



孙超还介绍了ST目前在NFC的进展。ST是目前国际主流标准化组织的核心会员,包括在NFC论坛、ISO,ST一直在积极参与推进NFC技术和标准化演进。


除此之外ST也参加了一些应用类的组织。例如,CCC车联网联盟,ST在推动NFC应用于数字车钥匙,用手机或者是手环NFC开车门或者是启动汽车;而在Qi无线充电领域也在积极推动NFC做卡片的保护,由于Qi无线充功率越做越大,可能会损坏高价值的卡片;还有照明联盟Zhaga Consortium,ST推动NFC技术在照明和电源上的应用,通过对产品的参数配制,实现生产的自动化,另外在LoRa和CSA网络连接的组织,ST在推动NFC技术做网络的快速连接。可以想见,未来会有更多的设备使用NFC技术来提升效率和智能化。

作者:Evan Li
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