摘要

NFC 近場通信(Near Field Communication)是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進行非接觸點對點數(shù)據(jù)傳輸 (在十厘米內(nèi)) 交換數(shù)據(jù)。這個技術(shù)由射頻識別技術(shù)(RFID)演變而來，且向下兼容RFID.通過在智能電視應(yīng)用NFC 技術(shù)，便于智能手機等設(shè)備和電視機實現(xiàn)快速配對，分享內(nèi)容。也可以實現(xiàn)帶NFC 功能遙控器與NFC 電視的輕松配對，鏡像模式在幾秒內(nèi)就能激活，并開始向大屏幕或家庭影院上傳輸流媒體內(nèi)容。 其實NFC 技術(shù)也用在藍牙的配對，手機支付，信息直接的交互與保存等應(yīng)用。

1 NFC 智能電視的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計方案

本文設(shè)計采用了TI 的TRF7970A transceiver IC 作為電視機端，RF430CL330H NFCTag 應(yīng)用在遙控器端;在本系統(tǒng)中， 其基本功能應(yīng)用如下：

· TRF7970A 可以通過和RF430CL330H 的相互通信，實現(xiàn)電視和遙控器之間的配對，也就是目前2.4GHz 數(shù)據(jù)傳輸前的配對;

· TRF7970A 可以和NFC 智能手機實現(xiàn)WiFi 的快速配對;

· RF430CL330H 可以和智能手機之間的通信，實現(xiàn)手機的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到遙控器或者電視上面;

· 可以通過NFC 的空中接口對Firmware 的軟件升級;

· TRF7970A 可以對標(biāo)簽的讀寫操作，實現(xiàn)電視的功能項選擇;

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

TRF7970A 滿足NFC 的三種功能通信方式：Reader/Write, Pear to Pear 和Card Emulaiton，完全滿足ISO/IEC18092, ISO/IEC21481 的NFC 標(biāo)準(zhǔn);可以完全與滿足NFC 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備端進行信息的交互，RF430CL330H 是一款動態(tài)的NFC Tag 芯片, 符合NFC Type 4 的標(biāo)準(zhǔn)，支持的數(shù)據(jù)速率可達848Kbps, SPI 接口可以MCU 進行有效的溝通。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 TRF7970A 模塊硬件電路設(shè)計

TRF7970A 是一款13.56MHz RFID 高集成度的射頻前端芯片，完全支持NFC 的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過對該芯片的ISO Control 寄存器進行配置，可以設(shè)置成為不同模式的工作狀態(tài);TRF7970A 支持SPI 和并口兩種通訊接口模式，寬電壓(2.7V~5.5V)供電，內(nèi)部集成了LDO，支持5 種電源管理模式，在5V 供電的情況下輸出功率可達200mW。接收回路有兩路(RX1和RX2 )，相位相差90 度，保證接收的穩(wěn)定和可靠性，其基本的硬件電路如下圖所示：

圖2 TRF7970A 射頻前端電路

射頻前端匹配到50 歐姆的射頻阻抗，基本的匹配網(wǎng)絡(luò)如下所示：

圖3 TRF7970A 射頻前端匹配網(wǎng) 

2.2 TRF7970A 天線匹配電路構(gòu)建

TRF7970A 天線是一款50 歐姆的阻抗匹配天線，其基本的匹配電路如下所示：

圖4 TRF7970A 天線匹配電路

由于天線的材質(zhì)和尺寸大小不一樣，每一款生產(chǎn)出來的TRF7970A 天線匹配電路天線都要做完整的天線匹配，根據(jù)設(shè)計的系統(tǒng)Q 值，天線的電感值來對射頻前端的參數(shù)進行完整的匹配。

2.3 RF430CL330H 模塊硬件電路設(shè)計

RF430CL330H 是一款滿足NFC Type 4 的動態(tài)標(biāo)簽，支持ISO/IEC14443 Type B, 支持SPI和I2C 接口，有RF 喚醒功能的一款動態(tài)標(biāo)簽;其基本的硬件電路如下：

圖5 RF430CL330H 基本參考電路

從該原理圖可以看出，外面很少的外圍器件就可以集成到別的芯片外圍電路上去，以實現(xiàn)快速的 NFC 功能。在該遙控器項目中，RF430CL330H 及外圍電路集成到遙控器的電路上，只是把線圈拿出來作為一個獨立的模塊，這樣便于讀寫操作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括智能電視應(yīng)用中的各項功能的實現(xiàn)：有對TAG 的讀取以獲取特定電視或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)目的權(quán)限，有對藍牙配對WIFI 配對的需求實現(xiàn)快速建立藍牙與WIFI 的連接，另外電視可以通過P2P 功能獲取手機相關(guān)圖片，鏈接信息，實現(xiàn)信息的快速切換。也可以通過NFC 對Firmware 進行無線升級。

3.1 標(biāo)簽讀取

TRF7970A 可支持ISO15693，ISO14443A/B 等標(biāo)簽的讀取(如圖6 所示)。

圖6 TRF7970A 支持的卡片標(biāo)準(zhǔn)

3.2 藍牙配對

根據(jù)NFC 論壇與藍牙SIG 聯(lián)盟定義的安全簡易配對Bluetooth secure simple paring using NFC(NFCForum-AD-BTSSP)規(guī)范，將藍牙配對信息(如下數(shù)組)通過MCU 寫RF430CL330H 的NDEF 區(qū)域，當(dāng)任何具有NFC 功能的設(shè)備，讀取到該內(nèi)容后將自動進行藍牙配對的連接過程。

藍牙的OOB 數(shù)據(jù)格式如圖7 所示。包括OOB 數(shù)據(jù)長度，藍牙設(shè)備地址與名稱，設(shè)備種類以及UUID。

藍牙的NDEF 寫入信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

Unsigned char NDEF_Application_Data[] =

{

//NDEF Tag Application Name

0xD2, 0x76, 0x00, 0x00, 0x85, 0x01, 0x01,

//Capability Container ID

0xE1, 0x03,

//Capability Container

0x00, 0x0F, //CCLEN

0x20, //Mapping version 2.0

0x00, 0x3B, //MLe (49 bytes); Maximum R-APDU data size

0x00, 0x34, //MLc (52 bytes); Maximum C-APDU data size

0x04, //Tag, File Control TLV (4 = NDEF file)

0x06, //Length, File Control TLV (6 = 6 bytes of data for this tag)

0xE1, 0x04, //File Identifier

0x0C, 0x02, //Max NDEF size (3072 bytes)

0x00, //NDEF file read access condition, read access without any security

0x00, //NDEF file write access condition; write access without any security

//NDEF File ID

0xE1, 0x04,

0x00, 0x44, //NLEN; NDEF length (68 byte long message)

0xD2, //MB=1b, ME=1b, CF=0b, SR=1b, IL=0b, TNF=010b

0x20, //Record Type Length: 32 octets

0x21, //payload length: 33 octets;

0x61, 0x70, 0x70, 0x6C, 0x69, 0x63, 0x61, 0x74, 0x69, 0x6F, 0x6E, 0x2F, 0x76,

0x6E, 0x64, 0x2E, 0x62, 0x6C, 0x75, 0x65, 0x74, 0x6F, 0x6F, 0x74, 0x68, 0x2E,

0x65, 0x70, 0x2E, 0x6F, 0x6F, 0x62, //Record Type Name: application/vnd.blue

//tooth.ep.oob

0x21, 0x00, //OOB optional data length: 33 octets

0x06, 0x05, 0x04, 0x03, 0x02, 0x01, //bluetooth device address:

//01:02:03:04:05:06 (example address only)

0x0D, //EIR Data Length: 13 octets

0x09, //EIR Data Type: Complete Local Name

0x48, 0x65, 0x61, 0x64, 0x53, 0x65, 0x74, 0x20, 0x4E, 0x61,0x6D, 0x65, //

//Bluetooth Local Name: HeadSet Name

0x04, //EIR Data Length: 4 octets

0x0D, //EIR Data Type: Class of device

0x04, 0x04, 0x20, //Class of Device: 0x20:Service Class=

//Audio, 0x04:Major Device Class=Audio/Video, 0x04: Minor Device Class=Wearable //Headset Device

0x05, //EIR Data Length: 5 octets

0x03, //EIR Data type: 16-bit Service Class UUID list (complete)

0x1E, 0x11, 0x0B, 0x11 //16-bit Service Class UUID list (complete) ;0x111E –

//HFP-HF, 0x011B ?A2DP-SNK

};

3.3 Peer to Peer

P2P 是基于NFC 論壇定義的Simple NDEF Exchange Protocol(NFCForum-TS-SNEP)規(guī)范，其主要流程如下。手機可以通過P2P 的功能將相關(guān)的信息例如圖片，鏈接等與電視進行快速交互。

圖8 P2P 的軟件操作流程

在P2P 中設(shè)備分為主動模式Initiator 和被動模式Target。TRF7970A 既可以作為Initiator 也可以作為Target。相對來說Target 模式下能夠有效節(jié)約功耗。

1. 主動模式：設(shè)備本身會產(chǎn)生RF 電磁場

2. 被動模式：設(shè)備使用感應(yīng)的電磁場進行數(shù)據(jù)傳輸

圖9 P2P 的工作模式

3.4 Firmware Update

將MCU 的BSL 功能與NFC 的技術(shù)互相結(jié)合，通過P2P 的方式實現(xiàn)軟件升級。以TI 的MSP430 為例，BSL 的軟件主要包括Peripheral Interface(PI)，Command Interface 以及BSL_API。BSL 的軟件升級接口可以通過UART，SPI，那么將NFC 的接口與SPI 結(jié)合即可實現(xiàn)通過NFC 對軟件的升級。如圖10 所示。

圖10 BSL 軟件升級方式

其中NFC 的PI 主要包括三層：SPI 驅(qū)動，RFID 硬件接口(與TRF7970A 的接口)以及NFC(NFC 協(xié)議的實現(xiàn)，P2P)功能。

圖11 NFC PI 結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)

隨著NFC 近場通信功能的不斷普及，以其傳輸速率快，安全性高等特點，在不同的領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。尤其在授權(quán)，支付，藍牙以及WIFI 配對方面有著突出的優(yōu)勢，將NFC 的應(yīng)用引入智能電視，使得信息分享，通信連接更加方便快捷，將能夠極大提升用戶體驗。