【導讀】近距離射頻通訊技術NFC未來充滿著無限可能。現如今，安卓操作系統的智能手機和平板電腦已經開始應用NFC，在通訊領域已經開始普及。醫療方面，微型NFC血糖傳感器將植入糖尿病患者皮下，手機或平板電腦靠近傳感器植入方位即可獲取患者血糖值，并且定時提醒患者定期檢測。未來的很多領域都將存在NFC的影子。
NFC傳感器非常適合這類應用，主要是由于以下原因：
1、無需外部電源，因為傳感器接口能借用NFC閱讀器射頻發射的電量。
2、快速且便利，因為傳感器可以實時自動與主機設備配對。
3、尺寸較小。
4、價格低廉。
由于具備以上優勢，這種新型NFC傳感器除了可以發展可植入式血糖機，其實還可以廣泛運用于許多其他領域。
NFC傳感器架構
NFC傳感器是一種RFID標簽，結合可調節和傳感器輸入信號數字化的傳感器接口。NFC傳感器不僅和其他RFID標簽一樣有可供查驗物品來源的獨特程序識別碼，還能檢測物品所在的環境條件(圖1)，或是生理學數據。
圖1：NFC傳感器可用于監測物品的保存狀態并查看程序識別碼
將傳感器所收集的數據傳輸到標簽并不會改變基本的通訊方法：當一臺RFID閱讀器或一臺搭載NFC專用應用程序的智能手機接近標簽時，就可讀取程序識別碼和傳感器數據。
還有其他建立無線傳感的方法，例如將傳感器附加在物品上、由微控制器和射頻收發器與傳感器建立連接，或是在智能傳感器和閱讀器之間建立無線通信。
NFC傳感器可以簡化系統設計，也可以實現更靈活的電源管理方法。事實上，對于相對低數據傳輸率和短程應用而言，NFC是非常吸引人的技術：
1、NFC在兩臺設備之間的互動直觀而簡單，只要短暫接觸即可。
2、不到一秒就可以建立NFC連接，而其他系統則需要更長時間。
3、NFC功率需求低，而且支持非常長的電池壽命，支持無電池工作。
4、NFC應用的系統成本較低，因為其中包含了比ZigBee、Bluetooth Low Energy等其他無線傳感更簡單的技術。
5、由于NFC通過近場耦合(near-field coupling)運作，因此不會有數據遭竊取或信號被干擾的情形。
6、NFC系統可依附于現有的基礎設施，只需要一臺搭載專用應用程序的主機設備就可運作。
在無電池的完全被動模式下，NFC傳感器可以從閱讀器的射頻采集電量，再供電給傳感器接口和射頻傳輸。在有電池輔助的半被動模式下，NFC傳感器則可在需要長期自主監測的應用下單獨運作。另外，它也可以為傳感器提供人為控制的電源。
一個感應標簽在生命周期內可能會歷經兩種模式：先執行半被動模式，直到電池耗盡之后轉為被動模式。（數據被儲存在非易失性存儲器里，因此即使沒有供應電力仍可保存。）
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完全被動運作模式
RFID系統運行的基本原理是標簽從閱讀器的電場采集所需電量。在NFC傳感器中，采集到的電量，一般為電壓3.3V，電流4mA，也可以供給傳感器。即使當采集到的電量不足以驅動傳感器，例如標簽的天線較小或者離閱讀器較遠，也能在充電前將電量儲存在小型電容器里，以增加少量的輔助電源，并于測量時放電。
全被動運作模式下的NFC傳感器使設計工程師能夠盡情發揮想象力去開發新的應用。理論上，標簽沒有使用期限，也無需線路連接，因此這些感應標簽也可以嵌入墻壁結構和密封產品。試想如果建筑師將新型NFC濕度傳感器嵌入房子的墻壁或地板接近自來水管或污水管的位置，我們就可以提早偵測到漏水，而不會像今天這樣，直到房屋多處被損壞時才能察覺。
半被動運作模式
半被動標簽包含能夠支持標簽和傳感器運作的電源(通常是電池)。它的數據傳輸方式與一般被動標簽一樣，采用閱讀器放射的背向散射電源(backscattered power)。
因為從電池汲取的電流微小到可以忽略不計，所以使用者控制的半被動感應標簽大多數時間處于近乎休眠的狀態。通常只有當傳感器偵測到閱讀器射頻或NFC裝置射頻時，才會啟動功能與測量。
用于長期自主監測應用的獨立式半被動感應標簽被稱為數據記錄器(data logger)。數據記錄器可以由外部事件啟動，或由一個整合式即時時脈(real-time clock; RTC)定期觸發回應。這類應用需要由電池供應一般為2?A的連續電流支持RTC或執行事件觸發式喚醒(event-triggered wake-up)。這種“狀態監控”NFC感應標簽可以嵌入那些在運送過程中需要特別留意的貨物。NFC閱讀器在供應鏈的終端檢查感應標簽，如果運送途中貨品出現狀況，感應標簽就會發出預警。此外，傳感器能記錄時間數據，因此能提供詳細的事件記錄。
NFC感測應用
SL13A單芯片是符合NFC-V (ISO15693)標準的NFC感測轉發器(transponder) (圖2)， 不僅能提供NFC傳感器所需要的電量采集能力、一個傳感器接口、電源管理電路和一個RTC，還嵌入了一個溫度傳感器。
圖2：奧地利微電子SL13A NFC傳感器方塊圖
這個感應標簽可以在全被動和半被動模式下運作。若要單芯片RTC觸發自主數據登錄，就需要以電池供電。在被動模式下則由閱讀器或具備NFC功能的智能手機提供時間戳記，傳感器運作所需的電源則是來自采集閱讀器電場的電量。另外，傳感器所記錄下的數據都會被儲存在單芯片 EEPROM上并以密碼保護，這樣可以預防數據遭竄改或非法使用。
SL13A可以支持多種需要傳感器采集數據和無線數據傳輸的應用，以下我們簡單提出幾個可能的應用情境。
供應鏈保存期限預警 – 商品運送、儲藏狀態以及環境條件等都可以由SL13A檢測和記錄。食品、飲料和藥品等易腐品會因溫度變化而產生化學反應，影響它們的保存期限。有些感應標簽包含動態計算庫存生命周期的算法，能在到期時發出預警。
建筑物監測 - 將SL13A和適合的傳感器嵌入建筑物、橋梁和高架橋等結構內，可以記錄溫度、濕度、壓力與振幅等數據，然后再通過一臺NFC閱讀器傳送數據。
醫護 - 整合配藥機和藥品包裝的感應標簽可以記錄服藥的時間，讓醫療人員能夠追蹤患者是否按時遵照處方服藥。
過程控制 - 感應標簽可以用來控制工廠自動化程序中每道步驟的程序和質量，這比成品的最終質量保證程序更高效
遙測 - SL13A感應標簽可以與具備無線連接，例如WLAN或GSM的設備整合，能追蹤和監測遠處物品或周邊環境。
目前市場中已有奧地利微電子等廠商推出功能完整的傳感器標簽，在已經發展成熟的通訊協議上執行，提供精準的傳感器接口，將多重電子功能整合到一顆單芯片上，這個新型傳感器標簽的應用充滿了無限的可能。未來的系統設計師究竟能讓它發揮多大的潛能？讓我們拭目以待。
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