为何RFID加EEPROM等于更简单的物联网

作者：安森美半导体逻辑、开关和存储业务部Julio Song

物联网(IoT)没有表现出短暂流行的迹象，预计十年内将会有规律地出现越来越多相互联接的事物。这不足为奇，因为我们不断想象寻找利用技术去做事的新方法，并开发新旧技术的全新应用。而每个新应用都会向网络添加许多端点，使IoT日益变大。

该趋势从目前在使用的、在大部分RF频谱中运行的不同无线技术的激增可见一斑。它们大多包含在工业、科学和医疗(ISM)定义下的免授权频段，通常仅排除可能归为电信的应用。

让生活更舒适

涉及的大量IoT端点，即使不是数千亿，也可能高达数百亿，使调试和维护环节面临着挑战。假设我们不是为下一代创造了一个巨大的废物管理问题，这些设备都将运行多年，因此在设计时需要适当地考虑维护和维修。

使这一后勤问题复杂化的是许多IoT端点成本非常低，其所提供的维护水平可能不支持相对较高的现场维护成本。基础设施的成本也必须尽可能地降低，因此采用免授权的无线方案。

甚至相对较小的工厂也可能很快会有成千上万的IoT端点，因此不难理解为什么网状网络技术已成为首选的局域网拓扑。它支持远程监视和维护每台设备，还提供网络中一定程度的冗余，因为网状拓扑能够承受那些可能由无线电干扰引起的重大中断或某些端点的总故障。

IoT中另一种流行的拓扑，尤其针对位于远程区域的传感器，是低功耗广域网（LPWAN）采用的星型网络。这些网络优先考虑范围和低功耗而非有效载荷，通常支持非常短的传输而不是长距离传输，可能仅限每天传输一次。因此，它们通常最适用于不受延迟影响的工作数据。

网络拓扑的选择几乎将完全取决于应用，尽管端点的财务成本可能相对较低，但其可能提供很重要的数据。一些分析师估计，LPWAN的价值将在短短几年内达500亿美元，该数字基于设备及其提供的服务的总价值。

当现场端点发生故障时，几乎不可避免地需要对其进行修复。如果不能通过网络远程进行，则需要出车维修，这需要维修工程师前往现场并尽可能快而高效地解决问题。

一旦到达现场，问题可能会增加，因为很有可能端点无法通过物理或电子方式访问。即使端点易于访问，工程师可能也很难弄清为何它无法正常工作，因为端点的设计可能基于单个系统单芯片（SoC）。目前的集成度使这种情况变得越来越普遍。

针对IoT的两个＇E＇

电子行业服务的所有领域都在本地存储有关设备活动的数据，这比物联网存在的时间更久。利用非易失性存储器记录数据已被确立为记录关键系统信息的一种有效方案。存储在非易失性存储器中的数据可让您深入地了解设备的运行方式及其为何会停止工作。它们还被广泛用于存储功能参数、校准数据，以及可能需要定期更新、在断电时却可保留的其他类型信息。

这种活动对基本的存储技术产生了巨大的压力，因为它要求极端的耐久性，且高于某些流行的存储器（例如闪存）所提供的耐久性。因此，优选的技术是EEPROM。

在某些应用中，在正常工作期间连续写入EEPROM并不少见，这推动了对可承受数百万次读写周期而不会出现故障的存储技术的需求。这不包括可能仅能支持100,000个周期或更少的编程和擦除持久性的其他类型的存储器。

现在，通过在单个器件中集成EEPROM存储和RFID联接，即使出现电源故障或完全断电的情况，工程师也可以通过设计IoT端点，使其存储工作数据并与服务工程师通信。这呈现了服务和维护的全新范例，并且完全适用于IoT（见图1）。

Tablet/Phone：平板电脑/手机

RF Reader/Writer：RF读写器

LED TV：LED电视

Motor Trim from EEPROM：EEPROM调节电机

MCU：微控制单元

Adjustable Current Regulator：可调的电流调节器

TV Trim from EEPROM：EEPROM调节电视

Trim parameters, diagnostic data, remote maintenance：调整参数、诊断数据、远程维护

图1：将支持RFID的EEPROM添加到IoT端点，将为几十亿台设备的调试、维修和维护提供一个新的维度

也许更重要的是，所讨论的方案将无线联接的操作距离从不到10厘米（这是无源RFID的典型值）扩展达150厘米。这确切地将无源RFID在IoT中的应用提高到新的维度。即使系统没有上电，也能使用RFID在1.5m的距离上读写数据到EEPROM，将帮助工程师在部署现场之后，更经济高效地调试、维护、维修和修复端点。

独特的方案

安森美半导体开发的N24RF系列RF EEPROM集成了一个符合ISO 15693 / ISO 18000-3 Mode 1标准的RF收发器，以及4、16或64 kbit的EEPROM存储器，采用8引脚SOIC或TSSOP封装。它提供200万次编程、擦除周期，具有200年的数据保留能力，且可在-40至+ 105°C的温度范围内工作。

该器件使用无源RFID，因此不依赖外部电源。取而代之的是，它的所有电力都在连接到一个外部线圈天线时获得。该器件被归类为高频（HF）RFID，在13.56 MHz的载波频率下运行，使其能够以低速（1.65 kbit / s）和高速（26.48 kbit / s）与RFID读卡器进行通信，最高可达53 kbit / s的快速指令。它是无源RFID实施的独特方法，可在1.5m的距离内实现这一目标。

即使电路的其余部分断电或出现故障，使用无源RFID也可以询问IoT端点以恢复故障后的重要数据记录。它还支持空中更新（OTA）校准或操作参数，同时端点仍在运行。芯片间通信使用I2C总线实施，主机处理器在正常操作期间能从该器件读取和写入，从而使校准或操作参数能在现场更新而不中断服务。

N24RFxx器件使用Reader Talks First（RTF）技术，当通过感应耦合施加电磁场时，该器件将被唤醒。它提供更广的范围，意味着工程师能够查询可能难以接近的IoT端点例如灯具，仅需使用位于该灯具下方的RFID读卡器就可实现。

安全特性包括64位唯一标识符（UID），以及支持多个32位密码，并具有针对不同存储扇区的锁定功能。（在选定的器件中）另一个特性是电压输出引脚，可提供足够的电能以支持单独的超低功耗微控制器。

总结

在许多需要高耐久性和经验证的数据保留应用中，EEPROM广泛用于数据记录和参数存储。通过添加RFID功能，可在1.5米的距离无线、安全地访问相同的数据，从而为IoT端点设计提供了一个新的维度。