NFC設備設計寶典:設計約束篇 [法]Dominique Paret

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[法] Dominique Paret 著
圖書標籤:
  • NFC
  • 射頻識彆
  • 無綫通信
  • 電路設計
  • 電子工程
  • 嵌入式係統
  • 設計模式
  • 技術指南
  • 硬件設計
  • Dominique Paret
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店鋪: 盛德偉業圖書專營店
齣版社: 機械工業齣版社
ISBN:9787111583141
商品編碼:29770139920
包裝:平裝-膠訂
齣版時間:2018-04-01

具體描述

基本信息

書名:NFC設備設計寶典:設計約束篇

定價:59.00元

售價:38.4元,便宜20.6元,摺扣65

作者:Dominique Paret

齣版社:機械工業齣版社

齣版日期:2018-04-01

ISBN:9787111583141

字數:

頁碼:

版次:1

裝幀:平裝-膠訂

開本:16開

商品重量:0.4kg

編輯推薦


內容提要


本書講瞭當今NFC設備的技術,以及這些技術在諸如金融支付、公共交通、行政管理、機動車、工業、通信工具以及物聯網等領域的應用。本書通過數個詳細的技術實例,討論瞭諸多標準(如ISO、CEN、NFCForum、EMV等)和監管認證(如ERC、FCC、ETSI、無綫電頻率、隱私及生態汙染等)下的約束,以及NFC設備不得不麵對的審批、外形、功能性、結構性、環境或協同等問題。

目錄


譯者序
原書前言
第1 部分 NFC 簡介和迴顧
第1 章 近場通信(NFC) 原理迴顧 2
1. 1 “非接觸式” 的物理基礎與NFC 2
1. 1. 1 傳播和輻射的現象 2
1. 1. 2 場與空間區域的分類 2
1. 1. 3 空間區域 2
1. 1. 4 遠場: r >> λ /2π (Fraunhofer 區) 3
1. 1. 5 中場: r 約等於λ (Fresnel 區) 3
1. 1. 6 近場區域: r << λ /2π (Rayleigh 區) 和NFC 的起點 3
1. 1. 7 非接觸式、RFID 和NFC 應用的注釋說明 3
1. 2 NFC 的概念 4
1. 2. 1 Biot ̄Savart 定律 5
1. 2. 2 圓形天綫軸上一點的場H 5
1. 2. 3 作為“d” 一個函數的場H 的衰減 7
1. 2. 4 矩形天綫的軸上一點的場H 8
第2 章 NFC 的規範約束 9
2. 1 簡介 9
2. 1. 1 規範性、標準性和NFC 市場約束 9
2. 1. 2 詞匯錶 9
2. 1. 3 規範 10
2. 1. 4 標準 10
2. 2 規範性約束 10
2. 2. 1 從發起者到接收者的上行鏈路 11
2. 2. 2 NFC 設備天綫上的非接觸式規範約束 15
2. 3 結論 23

第3 章 規則約束和推薦規範 24
3. 1 針對NFC 和NFC 天綫的規則約束 24
3. 1. 1 射頻規定 24
3. 1. 2 關於NFC 輻射和汙染的約束 25
3. 1. 3 ERC 70 ̄03 標準和ETSI 300 330 規範 25
3. 2 關於標準的討論 29
3. 2. 1 關於人體暴露在電磁場中 29
3. 2. 2 關於個人自由(隱私) 的社會約束 30
3. 2. 3 環境影響 32
3. 3 NFC 市場的規範 32
3. 3. 1 應用NFC 技術的短距離設備 32
3. 3. 2 用戶期望的成本與市場價 33
3. 3. 3 注意虛假廣告 33
第2 部分 NFC 應用領域導緻的約束
第4 章 NFC 應用的分類與成果 36
4. 1 NFC 應用的分類方法 36
4. 1. 1 技術 36
4. 1. 2 “NFC Forum 設備” 和“NFC Forum 標簽” 37
4. 1. 3 NFC Forum 設備通信的“模式” 38
4. 1. 4 NFC Forum 設備的角色 39
4. 1. 5 應用分類的可行性及其約束 39
4. 2 應用成果及其直接約束 41
4. 2. 1 Touch & Go 41
4. 2. 2 Touch & Confirm 42
4. 2. 3 Touch & Connect 42
4. 2. 4 Touch & Explore 42
第5 章 NFC 應用領域導緻的約束 43
5. 1 NFC 應用的技術可行性範圍 43
5. 1. 1 架構和電子功能 43
5. 1. 2 形狀. 尺寸和外形(公共場閤除外) 43
5. 1. 3 備注和錶的部分解釋 45
5. 1. 4 用於長距比賽監測的接收者/標簽 45
5. 1. 5 用於監控品的接收者/標簽 46
5. 2 NFC 設備細分、市場類型、問題和影響及直接技術約束 47
目 錄 Ⅸ
5. 2. 1 市場部門和類型 47
5. 3 移動電話 48
5. 4 銀行/貨幣事務/付款 49
5. 5 運輸 50
5. 5. 1 種情況: 電池輔助型和平闆電池型卡模擬模式 52
5. 5. 2 第二種情況: 電池輸齣的卡模擬模式 52
5. 5. 3 第三種情況: 碰撞和負載效應 53
5. 6 汽車 53
5. 6. 1 消費類電子産品 55
5. 7 健康服務 57
5. 8 溝通介質 57
5. 8. 1 NFC 平闆電腦 58
5. 8. 2 NFC USB 鑰匙 58
5. 8. 3 NFC 溝通和促銷介質 58
5. 8. 4 “附加性” 的NFC 設備、棒和貼紙 59
第3 部分 設計NFC 係統及其天綫時需要解決的應用約束問題
第6 章 NFC 的結構約束 62
6. 1 天綫形狀導緻的約束 62
6. 2 操作距離變化導緻的約束 62
6. 2. 1 距離和磁耦閤 63
6. 3 在約束下發起者天綫的品質因數Q 的大可接受值 63
6. 4 迴歸(逆) 調製電壓的約束 64
6. 4. 1 無源負載調製(PLM) 64
6. 4. 2 有源負載調製(ALM) 66
第7 章 應用功能約束 69
7. 1 天綫調諧/失諧約束 69
7. 1. 1 發起者的情況 69
7. 1. 2 接收者的電路示意圖 69
7. 1. 3 “調諧” “未調諧” 和“失諧” 的移動電話 75
7. 2 環境的影響和約束 78
7. 2. 1 環境的物理影響 78
7. 2. 2 環境對天綫及其性能的影響 78
7. 2. 3 電場 78
7. 2. 4 磁場 80

作者介紹


文摘


序言



《NFC設備設計寶典:設計約束篇》 引言 在當今互聯互通的世界中,近場通信(NFC)技術已成為一種不可或缺的通信方式,深刻地改變著我們的生活和工作。從便捷的移動支付到智能門禁,再到物聯網設備的無縫連接,NFC的應用場景日益廣泛。然而,任何技術的成熟和普及都離不開深入的設計實踐和對技術邊界的精準把握。《NFC設備設計寶典:設計約束篇》便是一部緻力於深入剖析NFC設備設計中關鍵設計約束的力作。本書並非泛泛而談NFC技術的原理,而是直擊設計的核心難題,幫助讀者理解在有限資源、特定環境和復雜交互下,如何做齣明智的設計決策,從而創造齣高性能、高可靠性且用戶體驗卓越的NFC設備。 第一章:NFC技術的基礎與設計考量 在展開具體的約束分析之前,有必要對NFC技術的核心要素及其在設備設計中需要預先考慮的方麵進行梳理。NFC是一種短距離、低功耗的無綫通信技術,其工作原理基於電磁感應,能夠在幾厘米的範圍內實現設備之間的數據交換。設計者首先需要理解NFC的兩種主要工作模式: 主動模式(Active Mode): 雙方設備都具備獨立的電源,能夠主動發射和接收射頻信號。這種模式下,通信的穩定性和數據傳輸速率通常更高,但也意味著更高的功耗。 被動模式(Passive Mode): 其中一方設備(通常是讀卡器或支付終端)主動發射射頻場,另一方設備(通常是NFC標簽或卡片)則通過感應該射頻場來獲取能量並完成通信。這種模式的優勢在於被動設備無需自身供電,大大降低瞭成本和復雜性,但數據傳輸速率和通信距離會受到限製。 在設備設計初期,必須明確所設計設備將采用哪種工作模式,這直接影響到天綫設計、電源管理、芯片選型以及整體成本。此外,NFC通信的距離是一個至關重要的設計約束。通常情況下,NFC的有效通信距離在4厘米以內,但實際距離會受到多種因素的影響,包括天綫的設計、天綫之間的耦閤度、通信雙方的功率、環境中的電磁乾擾以及通信協議的設置。在設計過程中,必須仔細權衡通信距離的需求與實現該距離所需的技術和成本。 第二章:硬件設計約束:天綫、芯片與電源 NFC設備的核心在於其硬件組件,而這些組件的設計往往受到嚴格的約束。 2.1 天綫設計約束 天綫是NFC通信的“窗口”,其設計對通信的性能起著決定性作用。 尺寸與形狀: NFC天綫的尺寸通常很小,以適應各種便攜式設備。天綫的形狀(例如綫圈的匝數、綫圈的直徑、綫圈的布局)會直接影響其電感值、諧振頻率和輻射效率。設計時需要根據設備外形、安裝位置以及期望的通信距離來優化天綫尺寸和形狀。例如,在智能卡或支付標簽中,天綫通常被設計成扁平的綫圈,以嵌入卡片中。而在手機等設備中,天綫則需要巧妙地集成在有限的內部空間內,同時避免與其它電子元件産生過度的電磁乾擾。 材料與製造工藝: 天綫材料的選擇(如銅綫、柔性PCB)以及製造工藝(如蝕刻、繞綫)會影響天綫的性能、成本和耐用性。高導電性的材料和精密的製造工藝能夠提高天綫的效率,但也可能增加成本。 阻抗匹配: 天綫與NFC芯片之間必須進行精確的阻抗匹配,以實現最大的功率傳輸效率,減少信號反射。阻抗失配會導緻通信距離縮短、數據傳輸錯誤率升高,甚至通信失敗。匹配電路的設計需要精確計算天綫的電感和電阻,以及芯片的內部阻抗。 環境影響: 天綫的設計必須考慮其工作環境。例如,金屬物體或其它電子元件的靠近會影響天綫的電感和輻射模式,導緻性能下降。設計者需要通過模擬仿真或實際測試來評估和優化天綫在不同環境下的性能。 2.2 NFC芯片選型與集成約束 NFC芯片是NFC設備的大腦,其性能和功能直接決定瞭設備的能力。 功能集成: NFC芯片通常集成瞭射頻前端、基帶處理器、安全單元(SE)以及各種通信接口。設計者需要根據應用需求選擇具備所需功能的芯片。例如,支付設備需要集成安全單元以存儲和處理敏感的支付信息,而簡單的NFC標簽則可能隻需要基礎的通信功能。 功耗約束: 對於電池供電的NFC設備,功耗是一個至關重要的約束。芯片的功耗設計、工作模式的切換以及休眠機製都直接影響設備的續航能力。低功耗設計是實現長時間工作的關鍵。 接口與兼容性: NFC芯片需要與主控芯片(如微控製器)通過各種接口(如I2C、SPI)進行通信。這些接口的帶寬、時序以及協議需要仔細匹配。同時,芯片的NFC協議棧兼容性也需要考慮,確保能夠與不同類型的NFC設備進行可靠通信。 尺寸與封裝: 芯片的尺寸和封裝類型直接影響設備的整體尺寸和PCB布局。緊湊型封裝有助於實現更小的設備尺寸,但可能增加焊接的難度和成本。 2.3 電源管理約束 NFC設備,尤其是電池供電的設備,對電源管理有著嚴格的要求。 能量收集: 對於被動NFC設備,其能量完全來源於NFC讀卡器發射的射頻場。設計者需要仔細計算天綫能夠收集到的能量,並確保該能量足以支持芯片的運行和數據的傳輸。這涉及到天綫的效率、通信距離、射頻場的強度以及芯片的功耗需求。 電池續航: 對於主動NFC設備,電池的續航能力是用戶體驗的關鍵。設計者需要通過選擇低功耗芯片、優化軟件算法、設計高效的電源管理單元(PMU)以及閤理的電源模式切換策略來最大化電池續航時間。 電壓與電流: 芯片和外圍電路對電壓和電流有特定的要求。電源管理單元需要提供穩定且精確的電壓,並能夠滿足峰值電流的需求。 第三章:軟件與協議設計約束 NFC通信的實現離不開軟件和協議的支持,而這些同樣麵臨著諸多設計約束。 3.1 NFC協議棧的實現與優化 NFC通信遵循一係列標準的協議,包括ISO/IEC 14443、FeliCa、ISO/IEC 15693等。 協議選擇: 根據應用場景選擇最適閤的NFC標準。例如,支付應用通常基於ISO/IEC 14443 Type A/B,而資産追蹤則可能使用ISO/IEC 15693。 協議棧的復雜性: 實現完整的NFC協議棧需要大量的軟件開發工作。設計者需要權衡使用現成的軟件庫還是自行開發。選擇庫可以加快開發速度,但可能增加內存占用和引入不必要的復雜性。 實時性要求: 某些NFC應用,如快速支付,對通信的實時性要求極高。軟件設計必須確保協議棧能夠高效地處理數據,並滿足嚴格的時序要求。 錯誤檢測與糾正: NFC通信可能會受到噪聲和乾擾的影響,導緻數據錯誤。協議棧需要內置有效的錯誤檢測和糾正機製,以保證數據的完整性和可靠性。 3.2 數據安全與隱私約束 NFC通信涉及數據交換,特彆是涉及敏感信息時,安全性至關重要。 加密與認證: 對於支付、身份認證等應用,必須采用加密算法對傳輸的數據進行保護,並對通信雙方進行身份認證,防止數據被竊聽或篡改。安全單元(SE)在這一過程中扮演著關鍵角色。 密鑰管理: 安全密鑰的生成、存儲和管理是安全設計的核心。需要采取嚴格的安全措施來保護密鑰不被泄露。 隱私保護: 在收集用戶數據時,必須遵循相關的隱私保護法規,例如GDPR。設計者需要限製收集的數據範圍,並對用戶數據進行匿名化或假名化處理。 防剋隆與防欺詐: 對於具有價值的NFC標簽或卡片,需要考慮防剋隆和防欺詐的機製,以防止非法復製或濫用。 3.3 用戶界麵與交互設計約束 良好的用戶體驗是NFC設備成功的關鍵,但用戶界麵和交互設計同樣麵臨約束。 交互時機與提示: NFC通信通常發生在非常近的距離,用戶需要明確知道何時可以將設備靠近,以及何時通信已經完成。清晰的視覺和聽覺提示對於指導用戶操作至關重要。 設備方嚮與位置: NFC天綫的位置通常是固定的,用戶需要將設備的NFC區域與目標設備的NFC區域對準纔能成功通信。設計者需要通過用戶手冊、屏幕提示或設備上的標誌來指導用戶正確對準。 反饋機製: 用戶需要及時收到通信成功的反饋,以確認操作已完成。這可以通過屏幕上的消息、震動反饋或聲音提示來實現。 錯誤處理的友好性: 當通信失敗時,係統應嚮用戶提供清晰、易於理解的錯誤提示,並指導用戶如何解決問題,而不是顯示晦澀的技術信息。 多設備交互: 在某些場景下,一個設備可能需要與多個NFC設備進行交互。如何清晰地引導用戶選擇正確的設備進行通信,避免誤操作,是設計中的一個挑戰。 第四章:環境與物理約束 NFC設備的設計還必須考慮其運行的物理環境以及設備的物理特性。 4.1 溫度與濕度 工作溫度範圍: NFC設備必須能夠在預期的工作溫度範圍內穩定運行。高溫可能導緻電子元件性能下降甚至損壞,而低溫也可能影響電池性能。設計者需要選擇能夠承受極端溫度的電子元件,並考慮散熱設計。 濕度: 高濕度環境可能導緻金屬氧化、電路短路,影響NFC設備的可靠性。需要對設備進行適當的密封或采用防潮材料。 4.2 振動與衝擊 結構強度: 對於經常暴露在振動或衝擊環境下的設備(如工業設備、車載設備),需要確保其結構強度能夠承受這些外部應力,防止內部電子元件損壞。 連接器的可靠性: 任何物理連接都需要考慮其在振動環境下的可靠性,防止接觸不良導緻通信中斷。 4.3 電磁兼容性(EMC) 抗乾擾能力: NFC設備需要具備一定的抗乾擾能力,以在復雜的電磁環境中可靠工作。這意味著需要對設備進行電磁屏蔽,並優化電路設計以減少自身産生的電磁輻射。 對周邊設備的影響: NFC設備自身也可能對周圍的電子設備産生電磁乾擾。設計者需要確保設備的電磁輻射符閤相關的法規標準,不會對其它設備造成不良影響。 4.4 尺寸、重量與外形 集成限製: 設備的尺寸和重量通常是極其有限的,尤其是在消費電子産品中。這要求設計師在有限的空間內高效地集成所有必要的NFC組件。 人體工程學: 對於需要用戶直接持握的設備,其外形設計需要考慮到人體工程學,提供舒適的握持感和便捷的操作。 第五章:成本與生命周期約束 任何設計最終都必須落地到經濟可行性和可持續性上。 5.1 成本控製 組件成本: NFC芯片、天綫材料、PCB製造等都會産生直接的成本。設計者需要在滿足性能需求的前提下,選擇性價比最高的組件。 開發與測試成本: 軟件開發、硬件驗證、EMC測試等都需要投入時間和資源。優化設計流程,提高一次性成功率,可以有效降低開發成本。 生産成本: 生産工藝的復雜性、良品率等都會影響最終的生産成本。選擇易於生産的組件和設計,有助於降低製造成本。 5.2 功耗與能源效率 生命周期功耗: 考慮到設備的整個生命周期,其功耗錶現直接關係到能源消耗和運營成本。設計者需要關注産品的能效比,並盡可能采用節能設計。 可迴收性與環保: 在産品設計階段,就應該考慮材料的可迴收性,以及産品生命周期結束後如何進行環保處理。 結論 《NFC設備設計寶典:設計約束篇》全麵而深入地探討瞭在NFC設備設計過程中不可忽視的各個方麵。從硬件的選型與布局,到軟件協議的實現,再到嚴苛的物理環境和至關重要的成本考量,本書為讀者提供瞭一幅關於NFC設備設計的全景圖。理解並妥善處理這些設計約束,是成功開發齣高性能、高可靠性且用戶體驗卓越的NFC産品的基石。本書旨在賦能工程師、産品經理和技術決策者,在麵臨挑戰時,能夠做齣更明智、更具戰略性的設計決策,最終推動NFC技術的廣泛應用和創新發展。

用戶評價

評分

我周圍很多初入職場的工程師,都熱衷於尋找那些“最新的技術棧”,而往往忽略瞭基礎設計的深度。當我嚮他們推薦這本書時,我強調的重點恰恰是它的“反潮流”之處——它不是在談論最新的應用場景,而是在深挖NFC技術本身作為物理層存在的根本限製。舉個例子,書中對“耦閤距離”的探討,並非簡單地給齣個數字,而是通過對磁場衰減模型、Q值變化以及負載匹配的精細分析,讓你明白為什麼兩毫米的距離變化,可能導緻整個係統從穩定工作區跌入不可靠區域。這種對細節的執著,讓我體會到真正的工程美學在於對不完美世界的精確建模。它強迫讀者去正視現實世界中的損耗和乾擾,而不是沉溺於理想化的仿真結果中。如果你期望讀到關於最新移動支付界麵設計的心得,你可能會失望,但如果你想知道為什麼你的支付終端總是會在某些特定角度失敗,這本書會給齣讓你心悅誠服的答案。

評分

說實話,我最初對這本譯著抱有謹慎的態度,畢竟涉及到法國工程界的思考方式,和我們習慣的矽榖式快速迭代思維可能存在文化上的差異。但齣乎意料的是,這本書展現齣瞭一種令人信服的嚴謹性與條理性。它的敘事節奏非常平穩,每一步推導都建立在堅實的前置數學和物理模型之上。我注意到作者在討論調製解調(Modulation/Demodulation)機製時,並沒有滿足於給齣理想化的模型,而是將非綫性失真、噪聲裕度和誤碼率(BER)等實際挑戰融入瞭設計目標函數中進行考量。這種將理論“實戰化”的處理方式,極大地提升瞭書本的實用價值。對於我們這些需要嚮管理層匯報設計可行性,並確保産品在各種工況下穩定運行的團隊來說,這種“把話說死”的論證方式,遠比那些充滿樂觀預期的口號來得可靠。這本書更像是給你提供瞭一套經得起時間考驗的設計哲學。

評分

從排版和結構上看,這本書的編排也十分考究,邏輯流非常清晰,使得原本可能顯得枯燥的數學推導和電路分析,也變得易於消化。我尤其欣賞作者在不同設計模塊之間建立的橫嚮聯係,而不是將天綫設計、電源管理和通信協議處理視為孤立的模塊。例如,天綫尺寸的選擇如何直接影響瞭負載阻抗的匹配範圍,進而決定瞭整個通信鏈路的動態範圍,這種全局觀的培養對於提升工程師的綜閤能力至關重要。這本書的價值在於,它不僅僅提供瞭一係列的設計準則,更重要的是,它提供瞭一種係統性的、受製約的思維框架。它讓你學會像一個真正的係統架構師那樣去思考,而不是僅僅停留在元件參數的堆砌上。讀完後,我感覺自己對NFC這個看似簡單的技術,有瞭一種更深層次的敬畏感——因為所有的簡單易用,背後都是無數次在嚴格約束下做齣的精妙妥協和優化。

評分

這本關於NFC設備設計的書,老實說,我是在一個朋友的強烈推薦下纔翻開的,畢竟我對這個領域也算略有涉獵,但總覺得在係統性上有所欠缺。拿到手後,首先映入眼簾的是那種紮實的理工科書籍的氣質,封麵設計雖然樸實,卻透著一股“乾貨滿滿”的自信。閱讀過程中,我發現作者在講解基礎概念時,並未采用那種浮於錶麵的敘述方式,而是深入到瞭每一個技術決策背後的權衡與取捨。尤其是在討論天綫設計與耦閤效率的部分,那種對物理極限的敬畏感和如何在有限空間內榨取齣最佳性能的工程智慧,真是讓人茅塞頓開。我特彆欣賞作者在引入新概念時,總會迴顧前置的限製條件,使得整個設計思路形成一個嚴密的邏輯閉環。對於那些希望從“知道NFC能做什麼”跨越到“理解為什麼NFC必須這麼設計”的工程師來說,這本書絕對是不可多得的良師益友。它不是一本教你快速入門的速成手冊,而是一本讓你沉下心來打磨基本功的訓練營。

評分

我最近在做一個對功耗極為敏感的可穿戴設備的原型,這讓我對各種非接觸式通信技術的能耗特性非常頭疼。當我在翻閱這本關於NFC設計的書時,我原本以為它會像市麵上大多數技術書籍那樣,隻泛泛地談論標準和協議。然而,這本書的視角卻異常獨特,它將設計的核心聚焦在瞭“約束”之上。它沒有過多地糾纏於那些已經寫在官方文檔裏的規範細節,而是著重探討瞭在實際的PCB布局、材料選擇乃至外部環境因素對最終性能的“負麵影響”以及如何係統性地規避或補償這些影響。特彆是關於電磁兼容性(EMC)和射頻(RF)性能之間的微妙平衡,作者似乎有著一套獨到的見解,用大量的圖錶和案例分析展示瞭如何在地綫設計和屏蔽策略上做齣明智的妥協。讀完這部分的章節,我立刻迴去調整瞭我的電源管理策略和布局文件,效果立竿見影,設備待機功耗確實有瞭顯著改善。這本書更像是一位經驗豐富的老技師在手把手地教你如何處理那些最讓人抓狂的“疑難雜癥”。

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