全被动/半被动模式皆可运作 NFC感测标签应用广阔

　　近距离无线通讯(NFC)技术具备低功耗、配对简易与资料安全性高等特色，发展前景备受看好，而芯片商推出的新一代NFC感测器标签，无论在无电池的完全被动，或有电池辅助的半被动模式下，皆可顺利运作，更可扩大该技术的应用范畴。

　　全球约有三亿六千六百万位糖尿病患者，其中有许多糖尿病患者必须以刺破皮肤引流血液的方式，定期自我检测血糖值，而且最让他们反感的就是必须定期重复这项检测。

　　如果射频(RF)技术发展成熟到可以让病患不须要抽血呢?近距离无线通讯(NFC)是一种能在相隔10公分以内近距离，或直接碰触装置以传送数据资料的射频协定。现在Android操作系统的智慧型手机和平板电脑都开始支持NFC，因此未来NFC的应用有望大量普及。

　　例如，目前已有医学设备製造商开始进行相关实验，将微型NFC-enabled血糖感测器植入糖尿病患者皮下，再把搭载Android专用应用程序的智慧型手机或平板电脑靠近感测器所植入的部位，就能随时读取病患的血糖值。主机装置不仅可以将读取的数据资料自动传送给病患的主治医师，程序还可以透过设定，定时提醒病患做检测，或者当病患没有定期检测时，感测器也会通知医护人员。

　　NFC感测器非常适合这类应用，主要是因为以下原因--首先，它不需要外部电源，因为感测器界面能借用NFC读取器射频发射的电量，此外NFC感测应用快速且便利，因为感测器可以即时自动与主机装置配对，最后此类应用尺寸小也便宜。由于具备以上优势，新型NFC感测器除能发展可植入式血糖机，其实还可以广泛运用到许多其他领域上。

　　NFC感测应用方便又省电

　　NFC 感测器是一种RFID标签，结合可调节和感测器输入讯号数位化的感测器介面。NFC感测器不仅和其他RFID标签一样有可供查验物品来源的独特程序识别码，还能检测物品所在的环境条件，或是生理学数据资料。 将感测器所收集的数据资料传输到标签并不会改变基本的通讯方法：当一台RFID读取器或一支搭载NFC-enabled专用应用程序的智慧型手机接近标签时，就可读取程序识别码和感测器数据。

　　还有其他建立无线感测的方法，例如将感测器附加在物品上、由微控制器(MCU)和射频收发器与感测器建立界面，或是在智慧型感测器和读取器间设定无线通讯。

　　NFC感测器可以简化系统设计，也可以做到更弹性的电源管理。事实上，对于相对低数据传输率和短程应用而言，NFC是非常吸引人的技术，主要塬因如下：

　　.NFC在两台装置间的互动直觉简单，只要短暂接触即可。

　　.不到1秒就可以建立NFC连结，而其他系统则需要更长时间。

　　.NFC功率需求低且支援非常长的电池寿命，运作时根本不需电池。

　　.NFC应用系统成本较低，因为它比其他ZigBee或蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)等无线连结技术还简单。

　　.NFC是透过近场耦合(Near-field Coupling)运作，不会有资料遭窃取或讯号被干扰的情形。

　　.NFC系统可以搭载于既有的基础设施，只需要一台搭载专用应用程式的主机装置就可运作。

　　在无电池的完全被动模式下，NFC感测器可以从读取器的射频採集电量，再供电给感测器介面和传输射频。在有电池辅助的半被动模式下，NFC感测器则可在须要长期自主监测的应用下单独运作。另外，它也可以为感测器提供人为控制的电源。

　　一个感应标签在生命週期内可能会历经两种模式：先执行半被动模式，直到电池耗尽之后转为被动模式。数据资料储存在非挥发性记忆体，因此即使没有供应电力仍可保存。

　　完全被动运作模式

　　RFID 系统的基本运作原则是标签从读取器的电场採集所需电量。在NFC感测器中，採集到的电量一般约4毫安培(mA)3.3伏特(V)，也可以供给感测器。即使当採集到的电量不足以驱动感测器，例如标签的天线较小或者离读取器较远，也能在充电前，将电量储存在小型电容器裡，以增加少量的辅助电源，并于测量时放电。

　　全被动运作模式下的NFC感测器更能灵活地应用在生活中的各个角落，未来，设计工程师应尽可能发挥想像力去开发新的应用方法。标签不仅理论上没有使用期限，也不须连接线路，因此这些感应标签也可以嵌入墙壁结构和密封产品等。我们可以想像建筑师将新型NFC湿度感测器嵌入房子的墙壁或地板接近自来水管或污水管的位置，这样就可以提早侦测到漏水，而不会像现今迟至房屋结构多处损坏时才能察觉。

　　半被动运作模式

　　半被动标签有能够支援标签和感测器运作的电源(通常是电池)。它的数据传输方式与一般被动标签一样，是採用读取器放射的背向散射电源 (Backscattered Power)。因为从电池汲取的电流微小到可以忽略不计，所以使用者控制的半被动感应标签，大多数时间都是处于近乎休眠的状态，通常是当它侦测到读取器射频或NFC装置射频的时候，才启动功能与量测。

　　使用于长期自主监测应用的独立式半被动感应标签称为数据纪录器(Data Logger)。数据纪录器可以藉由外部事件启动数据纪录器，或者藉由一个整合式即时时脉(Real-time Clock, RTC)定期触发回应。这类应用须要由电池供应一般为2微安培(μA)的连续电流支援RTC或执行事件触发式唤醒(Event-triggered Wake-up)。这种「状态监控」NFC感应标签可以嵌入那些在运送过程中须要特别留意的货物。在供应链的终端由一台NFC读取器检查感应标签，在运送途中货品若出状况感应标签就会发出预警。此外，因为感测器能记录时间数据，因此能提供详细的事件纪录。

　　图1是符合NFC-V(ISO15693)标準的NFC感测转发器(Transponder)单芯片，不仅能提供NFC感测器所需要的电量採集能力、一个感测器介面、电源管理电路和一个RTC，还嵌入一个温度感测器。

图1NFC-enabled感测器方块图

　　这个感应标签可以在全被动和半被动模式下运作。若要单芯片RTC触发自主数据登录，就须要以电池供电。在被动模式下则由读取器或具备NFC功能的智慧型手机提供时间戳记，感测器运作所需的电源则来自採集读取器电场的电量。另外，感测器所登录的数据资料，都会储存在单芯片电子式可清除可编程唯读记忆体 (EEPROM)上并以密码保护，这样可以预防数据遭窜改或非法使用。

　　NFC感测转发器可支援多种需要感测器採集数据和无线数据传输的应用，以下简单提出几个可能的应用情境。

　　.供应链保存期限预警

　　商品运送、储藏状态以及环境条件等都可以由NFC感测器检测和记录。食品、饮料和药品等易腐品，会因温度变化而产生化学反应，影响它们的保存期限长短。有些感应标签包含可以动态计算库存生命週期的演算法，能在到期时发出预警。

　　.建筑物监测

　　将NFC感测转发器和适合的感测器嵌入建筑物、桥梁和高架桥等结构内，可以记录温度、湿度、压力与振幅等资料，然后再透过一台NFC读取器传送数据资料。

　　.医护

　　整合配药机和药品包装的感应标签，可以记录服药的时间，让医疗人员能够追踪病患是否按时遵照处方服药。

　　.程序控制

　　感应标签可以用来控制工厂自动化程序中每道步骤的程序和品质，这比成品的最终品质保证程序更有效率。

　　.遥测

　　NFC感应标签可以与具备无线连接，例如无线区域网路(WLAN)或全球行动通讯系统(GSM)的设备整合，能追踪和监测远处物品或周边环境。

　　目前市场中已有芯片商推出功能完整的感测器标签，在已经发展成熟的通讯协定上执行，提供正确精準的感测器介面，将多重电子功能整合到一颗单芯片上，这个新型感测器标签的应用有无限可能。(本文作者为奥地利微电子电源与无线技术部资深行销经理)