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為何RFID加EEPROM等于更簡單的物聯網

2020-01-14 16:50:51 安森美半導體

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物聯網(IoT)沒有表現出短暫流行的跡象，預計十年內將會有規律地出現越來越多相互聯接的事物。這不足為奇，因為我們不斷想象尋找利用技術去做事的新方法，并開發新舊技術的全新應用。而每個新應用都會向網絡添加許多端點，使IoT日益變大。

該趨勢從目前在使用的、在大部分RF頻譜中運行的不同無線技術的激增可見一斑。它們大多包含在工業、科學和醫療(ISM)定義下的免授權頻段，通常僅排除可能歸為電信的應用。

讓生活更舒適

涉及的大量IoT端點，即使不是數千億，也可能高達數百億，使調試和維護環節面臨著挑戰。假設我們不是為下一代創造了一個巨大的廢物管理問題，這些設備都將運行多年，因此在設計時需要適當地考慮維護和維修。

使這一后勤問題復雜化的是許多IoT端點成本非常低，其所提供的維護水平可能不支持相對較高的現場維護成本。基礎設施的成本也必須盡可能地降低，因此采用免授權的無線方案。

甚至相對較小的工廠也可能很快會有成千上萬的IoT端點，因此不難理解為什么網狀網絡技術已成為首選的局域網拓撲。它支持遠程監視和維護每臺設備，還提供網絡中一定程度的冗余，因為網狀拓撲能夠承受那些可能由無線電干擾引起的重大中斷或某些端點的總故障。

IoT中另一種流行的拓撲，尤其針對位于遠程區域的傳感器，是低功耗廣域網（LPWAN）采用的星型網絡。這些網絡優先考慮范圍和低功耗而非有效載荷，通常支持非常短的傳輸而不是長距離傳輸，可能僅限每天傳輸一次。因此，它們通常最適用于不受延遲影響的工作數據。

網絡拓撲的選擇幾乎將完全取決于應用，盡管端點的財務成本可能相對較低，但其可能提供很重要的數據。一些分析師估計，LPWAN的價值將在短短幾年內達500億美元，該數字基于設備及其提供的服務的總價值。

當現場端點發生故障時，幾乎不可避免地需要對其進行修復。如果不能通過網絡遠程進行，則需要出車維修，這需要維修工程師前往現場并盡可能快而高效地解決問題。
一旦到達現場，問題可能會增加，因為很有可能端點無法通過物理或電子方式訪問。即使端點易于訪問，工程師可能也很難弄清為何它無法正常工作，因為端點的設計可能基于單個系統單芯片（SoC）。目前的集成度使這種情況變得越來越普遍。

針對IoT的兩個‘E’

電子行業服務的所有領域都在本地存儲有關設備活動的數據，這比物聯網存在的時間更久。利用非易失性存儲器記錄數據已被確立為記錄關鍵系統信息的一種有效方案。存儲在非易失性存儲器中的數據可讓您深入地了解設備的運行方式及其為何會停止工作。它們還被廣泛用于存儲功能參數、校準數據，以及可能需要定期更新、在斷電時卻可保留的其他類型信息。

這種活動對基本的存儲技術產生了巨大的壓力，因為它要求極端的耐久性，且高于某些流行的存儲器（例如閃存）所提供的耐久性。因此，優選的技術是EEPROM。

在某些應用中，在正常工作期間連續寫入EEPROM并不少見，這推動了對可承受數百萬次讀寫周期而不會出現故障的存儲技術的需求。這不包括可能僅能支持100,000個周期或更少的編程和擦除持久性的其他類型的存儲器。

現在，通過在單個器件中集成EEPROM存儲和RFID聯接，即使出現電源故障或完全斷電的情況，工程師也可以通過設計IoT端點，使其存儲工作數據并與服務工程師通信。這呈現了服務和維護的全新范例，并且完全適用于IoT（見圖1）。

Tablet/Phone：平板電腦/手機
RF Reader/Writer：RF讀寫器
LED TV：LED電視
Motor Trim from EEPROM：EEPROM調節電機
MCU：微控制單元
Adjustable Current Regulator：可調的電流調節器
TV Trim from EEPROM：EEPROM調節電視
Trim parameters, diagnostic data, remote maintenance：調整參數、診斷數據、遠程維護
圖1：將支持RFID的EEPROM添加到IoT端點，將為幾十億臺設備的調試、維修和維護提供一個新的維度

也許更重要的是，所討論的方案將無線聯接的操作距離從不到10厘米（這是無源RFID的典型值）擴展達150厘米。這確切地將無源RFID在IoT中的應用提高到新的維度。即使系統沒有上電，也能使用RFID在1.5m的距離上讀寫數據到EEPROM，將幫助工程師在部署現場之后，更經濟高效地調試、維護、維修和修復端點。

獨特的方案

安森美半導體開發的N24RF系列RF EEPROM集成了一個符合ISO 15693 / ISO 18000-3 Mode 1標準的RF收發器，以及4、16或64 kbit的EEPROM存儲器，采用8引腳SOIC或TSSOP封裝。它提供200萬次編程、擦除周期，具有200年的數據保留能力，且可在-40至+ 105°C的溫度范圍內工作。

該器件使用無源RFID，因此不依賴外部電源。取而代之的是，它的所有電力都在連接到一個外部線圈天線時獲得。該器件被歸類為高頻（HF）RFID，在13.56 MHz的載波頻率下運行，使其能夠以低速（1.65 kbit / s）和高速（26.48 kbit / s）與RFID讀卡器進行通信，最高可達53 kbit / s的快速指令。它是無源RFID實施的獨特方法，可在1.5m的距離內實現這一目標。

即使電路的其余部分斷電或出現故障，使用無源RFID也可以詢問IoT端點以恢復故障后的重要數據記錄。它還支持空中更新（OTA）校準或操作參數，同時端點仍在運行。芯片間通信使用I2C總線實施，主機處理器在正常操作期間能從該器件讀取和寫入，從而使校準或操作參數能在現場更新而不中斷服務。

N24RFxx器件使用Reader Talks First（RTF）技術，當通過感應耦合施加電磁場時，該器件將被喚醒。它提供更廣的范圍，意味著工程師能夠查詢可能難以接近的IoT端點例如燈具，僅需使用位于該燈具下方的RFID讀卡器就可實現。

安全特性包括64位唯一標識符（UID），以及支持多個32位密碼，并具有針對不同存儲扇區的鎖定功能。（在選定的器件中）另一個特性是電壓輸出引腳，可提供足夠的電能以支持單獨的超低功耗微控制器。

關鍵詞： RFID EEPROM