Con la difusión de las soluciones de conectividad inalámbrica y la proliferación de teléfonos inteligentes con estas soluciones de conectividad, una tecnología que está en constante evaluación por su uso innovador es la comunicación de campo cercano (Near Field Communication, NFC).
Las aplicaciones en el ámbito automotriz, médico, de la salud y la condición física, de los dispositivos portátiles, de Internet de las cosas, de los electrónicos de consumo y del sector industrial siguen integrando la NFC. Según una estimación, se pronostica que el envío de los circuitos integrados de NFC alcance los mil millones de unidades para 2018.
La NFC tiene varias características que la ponen a consideración para usos nuevos e innovadores que traen aparejados la facilidad de uso y la conveniencia para las muchas aplicaciones con las que funciona. Hay más de 500 millones de dispositivos habilitados para NFC que admiten una gran cantidad de variadas aplicaciones y la infraestructura sigue expandiéndose y se vuelve más robusta con los nuevos equipamiento y las fabricaciones que se incorporan.
¿Qué es la NFC?
La NFC es una tecnología de comunicación inalámbrica bidireccional de alcance corto desarrollada a partir de los estándares de tarjetas de contacto de alta frecuencia (High Frequency, HF) e identificación por radiofrecuencia (Radio Frequency Identification, RFID) heredados. La NFC agrega modos de operación adicionales a los estándares RFID existentes. Opera a 13.56 MHz y proporciona un alcance de lectura de algunos centímetros, lo que ofrece una zona de lectura específica y seguridad inherente para las aplicaciones con las que funciona. ISO14443A/B, ISO15693 son algunos de los protocolos clave de comunicación de datos de la NFC. El Foro NFC, una organización industrial para la tecnología NFC, especifica los tres modos de operación de los dispositivos de NFC:
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Punto a punto: este modo provee un modo de comunicación entre dos dispositivos en los que ambos pueden iniciar una comunicación cuando se requiera.
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Lectura/escritura: en este modo un dispositivo NFC puede leer datos desde etiquetas NFC/RFID y tarjetas inteligentes sin contacto y escribir datos allí mismo.
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Modo de emulación de tarjeta: en este modo un dispositivo NFC actúa como una etiqueta o una tarjeta inteligente sin contacto
Dependiendo de los modos de operación admitidos, los circuitos integrados de la NFC generalmente se clasifican como:
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Etiquetas también llamadas transpondedores: dispositivos que almacenan datos. Las etiquetas pueden ser activas o pasivas, según si están alimentadas activamente o no. También se las puede clasificar como estáticas o dinámicas según cómo se almacenan o actualizan los datos, se programan una vez o se actualizan dinámicamente. Las etiquetas de interfaz dinámica le permiten a un controlador de host (conectado por interfaces SPI o I2C) actualizar los datos en la memoria de etiqueta, que entonces puede leerse mediante la interfaz NFC.
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Lectura/escritura: dispositivos que leen y escriben desde y en las etiquetas a través del aire mediante la interfaz NFC . El dispositivo de lectura/escritura inicia la comunicación RF con la etiqueta y genera el campo electromagnético que esa carga de la etiqueta modula con los datos.
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Dispositivos NFC: los circuitos integrados del transceptor admiten los tres modos de operación: es decir, lectura/escritura, punto a punto y emulación de tarjeta, tal como lo especifica el Foro NFC.
La NFC puede agregar conveniencia y facilidad de uso en muchas aplicaciones de electrónicos de consumo, médicas, de salud y condición física e Internet de las cosas. Entonces, si bien el alcance de la tecnología NFC no está limitado a las aplicaciones industriales, este artículo se centra en identificar algunos usos de esta tecnología en el segmento industrial.
Propiciar una amplia gama de aplicaciones industriales
Las aplicaciones del segmento industrial pueden obtener grandes beneficios de las características clave de la NFC: conectividad inalámbrica, bajo consumo de energía, capacidad de operación pasiva (sin batería) y seguridad. Según una estimación del sector industrial, se pronostica que el envío de los circuitos integrados de NFC en este segmento supere los 200 millones de unidades para 2018.
Emparejamiento de nodos a la puerta de enlace: en un entorno industrial conectado hay muchos dispositivos (nodos) conectados entre sí a través de una puerta de enlace por Bluetooth®, Wi-Fi, 802.15.4, Zigbee etc. La NFC puede permitir un emparejamiento seguro y cómodo de estos dispositivos por medio de un simple toque. Una etiqueta NFC integrada en un nodo puede pasar los ajustes de configuración a un lector en un teléfono inteligente o en una puerta de enlace para emparejarlos fácilmente. A medida que el número de nodos crece en un sistema, la complejidad del emparejamiento puede simplificarse mediante el uso de NFC.
Interfaz de servicios: los dispositivos NFC pueden actuar como un conducto bidireccional para los datos que están dentro y fuera del equipamiento industrial. Un transpondedor dinámico de interfaz dual puede recibir datos de un dispositivo habilitado para NFC (p. ej., teléfonos inteligentes, tablets) de manera inalámbrica y pasarlos a un controlador de host integrado por interfaces SPI o I2C u otra interfaz digital. Esta implementación puede utilizarse para actualizaciones de firmware, mantenimiento y recuperación de datos de diagnóstico a la vez que se eliminan cables y la necesidad de pantallas de terminales especiales el equipamiento, con la consecuente reducción en los costos.
Control de acceso: al utilizar su conectividad segura basada en la proximidad, las etiquetas NFC/RFID y los dispositivos de lectura/escritura pueden utilizarse para control de acceso. Los dispositivos de lectura NFC pueden integrarse en el equipamientos o las áreas específicas de una instalación para controlar y registrar el acceso de personal autorizado que puede usar sus tarjetas RFID o teléfonos habilitados para NFC y obtener acceso.
Autenticación de productos y seguimientos de activos: las etiquetas NFC pueden integrarse en equipamiento para prevenir la falsificación y también realizar el seguimiento de activos. Los datos almacenados en la etiqueta NFC puede cifrarse mediante el uso del identificador único de la etiqueta.
Sensores inalámbricos: las etiquetas NFC pueden permitir aplicaciones de sensores inalámbricos, donde la interfaz NFC puede utilizarse no solo para la transferencia de datos, sino también para alimentar sensores mediante la cosecha de energía del campo RF del lector. Tal aplicación consiste de nodos de sensores en vidrio encapsulado sellado herméticamente. El encapsulado permite operar en condiciones adversas y la NFC ofrece conectividad inalámbrica y operación pasiva (sin batería). Incluso en el caso de nodos alimentados por batería, es deseable contar con una batería de larga duración; la característica de bajo consumo de energía de la NFC lo permite.
Redes de sensores remotos: cuando se acopla con Bluetooth® o Wi-Fi, NFC puede usarse para crear redes de sensores remotos, donde los nodos pueden emparejarse/aprovisionarse fácilmente dentro de la red que usa NFC para permitir la conexión mediante un simple toque. También puede usarse la interfaz NFC para acceder a datos de nodos individuales que utilizan un dispositivo de lectura NFC, tal como un teléfono inteligente.
Consideraciones de diseño para los desarrolladores
Las principales preocupaciones de los desarrolladores de tales aplicaciones son el consumo de energía, la disponibilidad de la memoria no volátil para el almacenamiento de datos y el costo de agrupar las muchas características que permiten estas aplicaciones. Otros factores importantes son el alcance de lectura, el esfuerzo de desarrollo, el costo de implementación y la seguridad de la comunicación de datos.
Cartera NFC de Texas Instruments
Texas Instruments tiene una amplia cartera de productos NFC que incluyen dispositivos de las tres categorías. Incluye circuitos integrados de transpondedor pasivo (Tag-itTM) y de transpondedor dinámico de interfaz dual (RF430CL330H), circuito integrado de transpondedor de sensor NFC altamente integrado (RF430FRL152H), circuitos integrados de NFC lector/escritor (TRF7960A) y circuitos integrados de transceptor de dispositivos NFC (TRF7970A).
Los productos TI NFC ofrecen un rendimiento robusto RF a la vez que cumple con los requisitos de potencia ultrabaja. Los dispositivos transpondedores y transceptores NFC tienen varios modos de baja potencia que minimizan el consumo de corriente durante el modo activo y en espera y que prolongan la vida útil de la batería. La característica de activación por detección RF de estos dispositivos les permite a los desarrolladores crear diseños que siguen en estado de potencia baja hasta que se detecta un campo RF.
El TRF7970A es un transceptor NFC con todas las funciones que admite los tres modos de operación: lectura/escritura, punto a punto y emulación de tarjeta. Es un dispositivo NFC de protocolos múltiples altamente integrado (ISO14443A/B, ISO15693) que está diseñado para lograr un rendimiento con potencia ultrabaja y es compatible con la biblioteca de firmware NFCLink que permite la fácil transmisión de funciones NCI a una variedad de procesadores host integrados.
De reciente lanzamiento, el transpondedor de sensor RF430FRL152H NFC incluye la memoria FRAM (no volátil) para almacenamiento de datos y ofrece una solución altamente integrada con un MCU programable para aplicaciones de sensores que requieren conectividad NFC (ISO15693). Está diseñado para ofrecer una solución de un solo chip fácil de usar que reduce los costos de la lista de materiales y el esfuerzo de los desarrolladores.
Texas Instruments ofrece grandes recursos para que los desarrolladores puedan dar comienzo a sus diseños. Texas Instruments Designs es una biblioteca de diseños de referencia que les permite a los usuarios comenzar a diseñar usando los recursos que la compañía ya ha recopilado.