物聯(lián)網(wǎng)時代近場通信技術(shù)（NFC）新選擇 —— Renesas PTX105R套件評測

（此板卡試用招募進(jìn)行中，鏈接：http://m.wlkxw.cn/forum/thread-230261-1-1.html ）

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展與應(yīng)用推動了無線通信技術(shù)的不斷演進(jìn)和創(chuàng)新。特別是近年來，一種被認(rèn)為是未來身份驗(yàn)證及支付的關(guān)鍵技術(shù)正吸引了越來越多人的關(guān)注，它就是近場通信技術(shù)，即NFC技術(shù)。為了打造更完善的生態(tài)、同時也為了簡化工程師們的開發(fā)成本，各大廠商紛紛推出了性能優(yōu)秀的NFC器件。今天為大家?guī)淼木褪且豢钣?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000219/">瑞薩公司最新推出的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 NFC 讀寫器評估套件PTX105R Evaluation Kit。

硬件分析

整個板卡的大小為105mm*52mm，采用四層板工藝，黑色阻焊油搭配白色絲印，盡顯高端大氣。 與其他同類評估套件相比，本套件具有以下亮點(diǎn)：

• 基于PTX105R芯片的中功耗(1W)的NFC讀寫套件
• 能夠提供易于集成的軟件，并支持將其嵌入式到任何架構(gòu)的MCU終端設(shè)備中，支持NFC幾乎所有的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)簽協(xié)議。（如：ISO 14443 A/B, ISO 18092, ISO 15693, FeliCa等）
• 支持NFC 點(diǎn)對點(diǎn)通信（發(fā)起方）以及NFC卡模擬
• 支持?jǐn)?shù)字動態(tài)功率控制(DDPC)，采用EMI無濾波器解決方案，具有先進(jìn)的數(shù)字整形，卡模式下相位精確的主動負(fù)載調(diào)制，非常高的動態(tài)范圍接收器(VHDRR)等特點(diǎn)。
• 為RF設(shè)計(jì)提供配置工具以及SDK

由于PTX105R芯片具有很高的集成度，因此整個評估板設(shè)計(jì)非常簡潔，所有的器件都集中在正面，而在背面則沒有任何元器件（如圖1，圖2）。整個評估板主要分為兩個部分，在右邊部分是50mm*50mm大小的天線，中央用白色絲印標(biāo)記了logo “Panthronics”（此前為奧地利的一家專注于高性能無線產(chǎn)品的半導(dǎo)體公司，目前已經(jīng)被瑞薩收購）；左邊則是PTX105R主芯片及外圍電路。

圖1 PTX105R評估板正面

圖2 PTX105R評估板正面

作為整個系統(tǒng)的核心PTX105R芯片當(dāng)然是大家關(guān)注的焦點(diǎn)（圖3）。芯片采用HVQFN56封裝，大小為7mm×7mm。該芯片屬于瑞薩公司NFC產(chǎn)品線，在該產(chǎn)品線上共包含了5款產(chǎn)品, 涵蓋了從IoT、Android到無線充電等多個領(lǐng)域。而我們手中的這顆PTX105R芯片則是一款性能優(yōu)異的適用于IOT場景應(yīng)用的NFC控制器，其在減少外部器件的同時支持通過比傳統(tǒng)NFC閱讀器小4-5倍的天線進(jìn)行操作，非常適合小型物聯(lián)網(wǎng)場景應(yīng)用。另外，由于采用了獨(dú)特的正弦波架構(gòu)，使其具有卓越的靈敏度、精確的數(shù)字波束成形技術(shù)，這將簡化FCC認(rèn)證過程，使得所開發(fā)的產(chǎn)品能夠更快地符合NFC Forum規(guī)范。而在技術(shù)細(xì)節(jié)上，PTX105R芯片則支持參考時鐘選擇13.15MHz到52MHz之間的任意的頻率；支持ISO/IEC14443-A/B、NFC Forum、NFC Tag Type 2, 3, 4A/4B and 5、FeliCa、ISO/IEC 15693、NFC P2P、NFC Card Emulation等多種工作模式；另外，在外部接口方面，PTX105R芯片還提供了多個可編程的通用GPIO以及可以選擇I2C、SPI、UART接口用于與外部主機(jī)相連。

圖3 PTX105R芯片

雖然PTX105R芯片功能強(qiáng)大，但是使用起來卻不是很復(fù)雜。為了方便工程師們開發(fā)，瑞薩公司給出了參考原理圖和器件選擇清單（如圖4），可以看出僅僅使用少量電容和1個晶振就可以驅(qū)動整個器件正常工作了。

圖4 PTX105R芯片官方參考原理圖及器件清單

在PTX105R芯片的下方則是評估板與Host連接接口選擇跳線，由于PTX105R芯片支持3種方式與Host進(jìn)行連接，因此，這里通過2組電阻來選擇（如圖5所示），通過在不同位置焊接電阻來確定接口方式。為了方便工程師評估，默認(rèn)情況下開發(fā)套件選擇UART->USB接口。

圖5 Host接口選擇跳線

而在接口跳線選擇的下方則是電源輸入選擇跳線，可以看到提供了JMP_DCDC、JMP_VBUS、JMP_3V3_VCC等多種方式，默認(rèn)情況下評估板采用的是USB方式供電，工程師們則可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的情況通過焊接電阻短接選擇合適的供電方式。

圖6 電源輸入選擇跳線

在整個板卡的最左邊是一個USB Type C接口以及電源轉(zhuǎn)換電路（如圖7）。通過這個USB接口可以對板卡進(jìn)行供電，同時也可以通過所連接CH340芯片實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口功能，完成對PTX105R芯片的功能進(jìn)行評估，而在USB接口旁邊則是三個用于Debug的LED燈，它們分別與TX、3V3、VCC連接，給予用戶指示。

圖7 USB接口及Debug燈

最后，是整個板卡的擴(kuò)展部分，包括J2（圖8）與J5(PMOD)（圖9）, 由于SPI接口、I2C接口、UART接口的引腳是復(fù)用的，因此通過J2或J5就能輕松地使用外部HOST通過上述三個接口進(jìn)行控制。

圖8 J2接口功能圖

圖9 J5(PMOD)接口功能圖

軟件資源

除了豐富的硬件資源外，瑞薩公司還為PTX105R設(shè)計(jì)提供了完善的軟件生態(tài)。從原理圖、軟件協(xié)議棧、PC端軟件到天線設(shè)計(jì)指南應(yīng)有盡有。具體可以參考如下網(wǎng)址（PTX105R - Mid-power, Multi-protocol NFC Forum Compliant Reader | Renesas）。特別是瑞薩公司提供的硬件設(shè)計(jì)指南、多個版本的SDK開發(fā)包（OS版本和非OS版本）以及對應(yīng)的移植手冊更是讓工程師們節(jié)約了開發(fā)的時間，加速產(chǎn)品上市的過程。

圖10 官方提供的各種文檔及軟件

由于評估板默認(rèn)是使用USB供電，且已經(jīng)通過CH340芯片擴(kuò)展出了UART接口，因此我們選擇安裝PC端軟件NFC IoT Tuner 進(jìn)行調(diào)試并評估芯片的性能。

在上述網(wǎng)址上找到下載鏈接，在進(jìn)行確認(rèn)以后，下載即可。

圖11 NFC IoT Tuner軟件下載

下載后的安裝包中包含Linux和Windows兩個版本的軟件，工程師們可以根據(jù)自己的系統(tǒng)自由選擇。在這里我們選擇安裝Windows版本的軟件。雙擊安裝包，在彈出的界面上勾選“"I agree to the License terms and conditions”后點(diǎn)擊“Next”即可。

圖12 NFC IoT Tuner軟件安裝

安裝完成后，插上USB線，啟動軟件即可開始對PTX105R套件進(jìn)行評估了。（但需要注意的是，若以前沒有安裝過USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動則需要到以下網(wǎng)址（VCP Drivers - FTDI (ftdichip.com)）下載安裝后才能插入U(xiǎn)SB線纜）。首次啟動需要在下圖位置選擇COM口的端口號（如圖13中的紅框處），下方的狀態(tài)欄會顯示當(dāng)前的選擇。

圖13 選擇端口

選擇完成后，點(diǎn)擊Start Discovery（圖13中綠框處）評估板開始工作。此時等待用戶刷卡，

圖14 檢測NFC卡

當(dāng)我們將一張NFC卡靠近評估板的天線后，軟件顯示出當(dāng)前讀取的數(shù)據(jù)。

圖15 讀取NFC卡信息

除了基本的功能外，NFC IoT Tuner軟件還提供了很多實(shí)用的功能供工程師們對芯片和設(shè)計(jì)進(jìn)行評估，如：對于接收器用戶可以設(shè)置增益，而對于發(fā)送器用戶可以進(jìn)行Power Setting、Wave shaping Type A/B ,以及LPCD Setting等等。而在應(yīng)用層面，軟件還提供了不同NFC卡在不同工作模式下的功能測試、校準(zhǔn)及GPIO信號測試等多種應(yīng)用，具體可以參考軟件左邊的樹形列表框。

圖16 發(fā)射器功耗測試

圖17 Q值測試

最后，在所有的參數(shù)都設(shè)置好以后，NFC IoT Tuner軟件還提供了一鍵導(dǎo)出dat文件和C源文件的功能，方便工程師們將配置快速導(dǎo)入到自己的項(xiàng)目中。

圖18 一鍵導(dǎo)出的dat文件和C源文件

總結(jié)

PTX105R是一款非常適應(yīng)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的NFC讀寫器芯片，它具有靈敏度高、外圍電路簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，而基于PTX105R的評估套件提供了多種擴(kuò)展接口，工程師們可以快速上手使用。另外，瑞薩公司也為它們提供了豐富的軟硬件設(shè)計(jì)資源和詳盡的文檔支持。若要了解更多細(xì)節(jié)，可以參考瑞薩官網(wǎng) www.renesas.com