Near Field Communication Smartphone verarbeitet Sensorsignal

Systemaufbau

Die in früheren Zeiten empfundene Komplexität beim Aufbau von RFID-Systemen ist für die meisten Applikationen nicht mehr gegeben, weil mittlerweile eine Vielzahl von Chips, Modulen, Tags und Antennen standardmäßig verfügbar ist, sodass auch kein ausgewiesenes HF-Fachwissen mehr für die Entwicklung notwendig ist. Das gilt insbesondere dann, wenn das Lesegerät ein Smartphone ist, bei dem sich die NFC-Schnittstelle durch vorgefertigte API-Funktionen in eigenen Applikationen nutzen lässt.

Demnach fällt nur auf der Transponderseite, wie hier für die Anbindung von Sensoren, hardwaretechnische Entwicklungsarbeit an. Im einfachsten Fall (Bild 2) reicht ein Dual-Port-EEPROM aus, das auf der einen Seite über eine Spule − eine Induktivität, die als Antenne fungiert − für die Kommunikation mit dem Smartphone verfügt und auf der anderen Seite eine digitale Schnittstelle für den Anschluss von Sensoren hat. Dies ist dann kein gewöhnliches Dual-Port-EEPROM, sondern es befindet sich in einem speziellen NFC-Tag mit der notwendigen Peripherieschaltung, der von Firmen wie ams, Texas Instruments, NXP, Maxim Integrated oder STMicroelec­tronics (Bild 3) angeboten wird.

Die interne Peripherie der Transponder wie auch die Bezeichnungen − die mitunter gar keine Transponderfunktion vermuten lassen − unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller, wofür in der Tabelle einige Beispiele angegeben sind. Unberücksichtigt bleiben dabei reine Speicher-Tags und spezielle Typen für die Identifizierung und Authentifizierung, die mit besseren integrierten Sicherheitsmechanismen ausgestattet sind. Ebenfalls nicht gelistet sind Typen, die für den Aufbau von Lesegeräten bestimmt sind, zumal diese nicht auf eine möglichst geringe Stromaufnahme hin optimiert sind. Die angeführten Transponder sind allesamt für (Low-Power-)Sensorschaltungen geeignet, die sich per NFC mit einem Smartphone lesen lassen. Hierfür ist es notwendig, dass die Transponder über geeignete Schnittstellen verfügen, was digitale (meist SPI, I²C) und bei einigen auch analoge umfasst; außerdem gibt es in einigen Tags (z. B. SL13A) integrierte Temperatursensoren. Die vielfältigsten Möglichkeiten bietet der RF430FRL von Texas Instruments mit einem integrierten Mikrocontroller vom Typ MSP430.

In den Datenblättern findet man mitunter Energy Harvesting genannt, womit gemeint ist, dass sich die durch das Feld übertragene Energie für die Versorgung der Transponderelektronik verwenden lässt. Doch je nach Ausführung und Funktionsumfang des Transponders und der Schaltung reicht diese Energie möglicherweise allein nicht aus, sodass bei einigen (z. B. SL13A9) auch die Bezeichnung »semi active« oder »semi passive« auftaucht, was explizit auf die Unterstützungsmöglichkeit mit einer Knopfzelle hinweist. Der Maximalwert für den Strom, der sich durch das Feld von einem Smartphone bei einem NFC-Transponder einstellen kann, liegt im Idealfall bei ca. 4 mA und die Spannung im nutzbaren Bereich von 1,7 V bis an die 4 V, was dementsprechend bei der Bauteilauswahl zu berücksichtigen ist. Die optimale Kopplung zwischen Smartphone und Tag ist für den »Energiegewinn« essenziell, was auch von der verwendeten Antenne und sogar vom jeweiligen Smartphone abhängig ist.

Typ

Hersteller

Bezeichnung

Schnittstellen

Besonderheit/Merkmale

AS3953

ams

High Speed Passive Tag Interface

NFC, SPI

max. 106 kbit/s Datenrate

M24LRxxE

STMicro

Dynamic NFC/RFID Tag

NFC, I²C

64-bit-Identifier (UID)

NT3H1101

NXP

NTAG I²C Interface

NFC, I²C

64 Byte SRAM

RF430CL

TI

Dynamic NFC Interface Transponder

NFC, SPI, I²C

3 KByte SRAM

RF430FRL

TI

NFC Sensor Transponder

NFC, 8 bit I/O, SPI, I²C, 14 bit ADC

MSP430 mit FRAM

SL13A

ams

Smart Sensory Tag

NFC, SPI, Analog

Temperatursensor, RTC

MAX66242

Maxim

Secure Authenticator

NFC, I²C

Secret Keys, SHA-256

 

 

 

 

Tabelle: Bekannte Transponder, die sich für den Aufbau von NFC-Sensorschaltungen eignen.