CCC数字钥匙设计【NFC基础】--LPCD相关介绍

关于NFC卡检测,主要可以分成两个步骤:

1、LPCD低功耗检测,唤醒NFC读卡器。

2、唤醒后,NFC读卡器或MCU控制器轮询Type A、Type B、Type F、Type V(ISO15693)等卡类型。

本文主要介绍LPCD相关功能,包含如下部分内容:

1、LPCD功能介绍

2、NCF3321的uLPCD与LPCD功能介绍

3、手机LPCD辅助功能介绍

1、什么是LPCD?

LPCD,全称为Low Power Card Detection,即低功耗卡检测

为了减少不间断轮询的功耗,车辆的NFC读卡器可以使用低功耗卡检测功能(LPCD)。车辆的NFC读卡器间隔发送LPCD脉冲,如果NFC读卡器检测到天线上的Tx信号的幅度变化,且足以触发检测阈值,则NFC读卡器认为检测到了NFC设备,然后触发NFC交互。

具体处理流程如下,同时参见下图:

1) NFC Reader周期发送LPCD脉冲

2) 手机由远处往NFC Reader靠近

3) NFC Reader检测到Tx信号的幅度超过检测阈值。

4) 触发NFC Reader与手机进行通信交互

2、NCF3321中LPCD与uLPCD:

NCF3321中包含LPCD及uLPCD两种低功耗卡检测方式。

LPCD是一种基于软件的卡检测模式host接口保持激活状态。

uLPCD是一种基于硬件的卡检测方式,host接口处于非激活状态。

在uLPCD期间,可以将MCU设置为休眠模式。当NCF3321检测到卡后,MCU被NCF3321发送的中断IRQ从休眠模式唤醒。

与ULPCD模式相比,LPCD模式以略高的电流消耗为代价提供了最高的灵敏度

NCF3321实现了一个低频振荡器来驱动唤醒计数器,该计数器触发天线驱动器的周期性激活以发射短射频脉冲。这种射频脉冲可以通过天线附近的导电物体(卡片、手机、金属)来检测天线的失谐

如果NCF3321检测到天线失谐,系统将从休眠模式中唤醒。之后它会向所连接的MCU控制器发送中断信号将MCU控制器从休眠模式中唤醒,并指示天线失谐状态的变化。

然后,MCU控制器可以执行卡轮询序列card polling sequence(即轮询Type A、Type B、Type F、Type V(ISO15693)等卡类型),并验证引起天线失谐的NCF卡片是否是NFC Reader支持的。

关于LPCD及uLPCD具体分别描述如下:

2.1 NCF3321的LPCD

低功耗卡检测模式LPCD是一种基于软件的卡检测模式,通过来自接收信号的同相(I)和正交(Q)分量进行检测。

在LPCD过程中,NCF3321发送一个短射频脉冲,并测量RX引脚的接收信号。接收到的信号被混频器分成I通道和Q通道。

这些分离的信号然后由10位ADC量化,并表示接收信号的I/Q值。

如果I或Q值达到预配置的阈值,由于天线的失谐,LPCD机制将触发一个唤醒。

每次RF脉冲后,NCF3321则进入低功耗模式,host接口保持激活状态

这个低功耗阶段周期性地被下一个射频脉冲打断。

这个射频脉冲加上低功率模式周期的周期可以配置为高达2690毫秒

下图显示了LPCD模式下的典型电流曲线

2.2 NCF3321的uLPCD

uLPCD,全称为Ultra-Low Power Card Detection,即超低功耗卡检测

超低功耗卡检测方式uLPCD是一种基于硬件的卡检测方式,通过检测接收到的信号的RSSI (Received Signal Strength Indicator)值进行检测。

在uLPCD过程中,NCx3321发送一个短射频脉冲,并测量RX引脚的接收信号。

由于在uLPCD模式下,NCx3321的几乎所有模块都处于关闭状态,因此出于节电原因,只有一小部分接收器模块处于活动状态。

接收到的信号被送入电流传输器,然后通过10位ADC进行采样该ADC值表示接收到的信号的RSSI值如果该值达到某个预配置的阈值,uLPCD机制将触发唤醒。

每次RF脉冲后,NCx3321进入超低功耗模式,同时host接口亦处于非激活状态。这个超低功耗阶段会被下一个射频脉冲周期性地中断。

该射频脉冲加上超低功耗模式周期的周期可以配置为高达4096 ms

图2显示了LPCD模式下的典型电流分布图。

3、什么是LPCD assistance?

LPCD assistance是手机端的一项功能,目的也是为了提高卡检测的灵敏度与NFC通信距离

具体通过如下步骤来实现:

1) 手机实时检测NFC读卡器LPCD脉冲间隔

2) 当NFC读卡器的发送LPCD脉冲时,手机根据步骤1检测出的LPCD脉冲间隔,NFC读卡器发送LPCD脉冲的同时,手机端发送NFC载波,这样会加强LPCD的信号,从而让NFC读卡器容易检测超过门限的LPCD脉冲。

4、总结

1) 关于NFC卡检测,主要可以分成两个步骤:

a. LPCD低功耗检测,唤醒NFC读卡器

b. 唤醒后,NFC读卡器或MCU控制器轮询Type A、Type B、Type F、Type V(ISO15693)等卡类型。

2) NCF3321的LPCD,全称Low Power Card Detection,即低功耗卡检测。

a. LPCD是一种基于软件的卡检测模式,通过来自接收信号的同相(I)和正交(Q)分量进行检测。

b. 即NFC Reader周期发出RF脉冲,若有卡靠近,则NFC Reader会因为失谐导致发送信号变弱,从而检测到NFC卡片。

c. 之后唤醒MCU控制 器,启动Card Polling序列来轮询Type A/B/F/V卡

3) NCF3321的uLPCD,全称Ultra-Low Power Card Detection,即超低功耗卡检测。

a. uLPCD是一种基于硬件的卡检测方式,通过检测接收到的信号的RSSI值进行检测。

b. 即NFC Reader周期发出RF脉冲,若有卡靠近,则NFC Reader会检测到RSSI阈值超过门限,从而触发唤醒。

c. 唤醒MCU控制器后,启动Card Polling序列来轮询Type A/B/F/V卡。

4) LPCD辅助功能:手机端的功能,即手机端通过在Reader发送RF脉冲的同时发送载波,以提高卡检测的灵敏度与NFC通信距离

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