Avec la propagation des solutions de connectivité sans fil et la prolifération des smartphones associés, la technologie constamment évaluée pour son utilisation novatrice est la communication en champ proche (NFC).
Des applications dans le domaine automobile, médical, santé et fitness, portable, IoT, électronique grand public et espace industriel continuent d'intégrer la NFC. On estime que la livraison d'IC NFC devrait atteindre un milliard d'unités d'ici 2018.
La NFC dispose de plusieurs caractéristiques uniques qui lui permettent d'être prise en compte dans les cas d'utilisation inédits et novateurs, et de conférer une grande facilité d'utilisation aux nombreuses applications qu'elle sert. Il existe actuellement plus de 500 millions d'appareils NFC supportant un grand nombre d'applications variées, et l'infrastructure continue de s'élargir en devenant plus robuste avec de nouveaux équipements finaux et les usines se joignent à elle.
Qu'est-ce que la NFC ?
La NFC est une technologie de communication sans fil bidirectionnelle développée à partir des normes traditionnelles de carte sans contact d'identification par radiofréquences (RFID) haute fréquence (HF). La NFC ajoute des modes de fonctionnement supplémentaires aux normes RFID existants. Elle fonctionne à 13,56 MHz et offre une portée de lecture de quelques centimètres qui fournit une zone de lecture dédiée et une sécurité inhérente pour les applications qu'elle sert. ISO14443A/B, ISO15693 font partie des principaux protocoles de communication des données pour la NFC. Le NFC Forum, une organisation industrielle pour la technologie NFC, définit trois modes de fonctionnement pour les appareils NFC :
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Mode pair à pair : il fournit un mode de communication entre deux appareils capables de démarrer une communication, le cas échéant.
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Mode lecture/écriture : il offre la possibilité à un appareil NFC de lire des données depuis une NFC et de les écrire vers des étiquettes NFC/RFID ainsi que des cartes à puce sans contact.
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Mode d'émulation de carte : il permet à un appareil NFC de se comporter comme une étiquette ou une carte à puce sans contact
Selon les modes de fonctionnement supportés, les IC NFC sont généralement classés selon les catégories suivantes :
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Étiquettes également appelées transpondeurs : appareils stockant des données. Les étiquettes peuvent être actives ou passives selon qu'elles sont activement alimentées ou pas. Elles peuvent également être classées comme statiques ou dynamiques selon la façon dont les données stockées sont mises à jour : programmées une fois ou mises à jour dynamiquement. Les étiquettes dynamiques à interface double permettent à un contrôleur hôte (connecté par SPI ou I2C) de mettre à jour les données dans la mémoire de l'étiquette qui peuvent ensuite être lues sur l'interface NFC.
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Lecture/écriture : appareils lisant à partir des étiquettes ou écrivant vers les étiquettes à distance grâce à une interface NFC. L'appareil de lecture/écriture démarre la communication RF vers l'étiquette et génère le champ électromagnétique qui charge l'étiquette qui le module avec les données.
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Appareils NFC : IC de transmetteur qui supportent les trois modes de fonctionnement (lecture/écriture, pair à pair et émulation de carte) tels que définis par le NFC Forum.
La NFC peut ajouter le confort et la facilité d'utilisation dans bon nombre d'applications d'électronique grand public, médicales, de santé et fitness et d'IoT. Donc, alors que le champ d'application de la technologie NFC ne se limite pas aux applications industrielles, cet article se concentre sur l'identification de certains cas d'utilisation pour cette technologie dans le segment industriel.
Activation d'une large gamme d'applications industrielles
Les applications du segment industriel peuvent profiter grandement des caractéristiques clés de la NFC : connectivité sans fil, faible consommation d'énergie, capacités passives (sans batterie) de fonctionnement et sécurité. Selon une estimation du secteur, la livraison d'IC NFC dans ce segment devrait dépasser 200 millions d'unités d'ici 2018.
Couplages des nœuds vers une passerelle : dans un environnement industriel connecté, il existe de nombreux appareils (nœuds) connectés les uns aux autres via une passerelle centrale sur Bluetooth®, WiFi, 802.15.4, Zigbee etc. La NFC permet un couplage sécurisé et pratique de ces appareils par un simple contact. Une étiquette NFC intégrée dans un nœud peut transmettre les paramètres de configuration à un lecteur sur un smartphone ou une passerelle pour facilement les coupler. À mesure que le nombre de nœuds augmentent dans un système, la complexité liée à leur couplage peut être simplifiée grâce à la NFC.
Interface de service : les appareils NFC peuvent agir comme conduit bidirectionnel pour les données entrantes et sortantes de l'équipement industriel. Un transpondeur dynamique à interface double peut recevoir les données provenant d'un appareil NFC (par exemple, smartphones, tablettes) sans fil et les transmettre à un contrôleur hôte intégré par I2C/SPI ou une autre interface numérique. Cette implémentation peut être utilisée pour les mises à jour micrologicielles, la maintenance et la récupération des données de diagnostic tout en éliminant les fils et le besoin d'écrans terminaux dédiés sur l'équipement, ce qui réduit les coûts.
Contrôle d'accès : en utilisant leur connectivité sécurisée basée sur leur proximité immédiate, les étiquettes NFC/RFID et appareils de lecture/écriture peuvent être utilisés pour le contrôle d'accès. Les appareils de lecture NFC peuvent être intégrés dans un équipement ou des zones spécifiques d'un bâtiment pour contrôler et enregistrer l'accès du personnel autorisé qui peut utiliser ses cartes RFID ou téléphones NFC pour y accéder.
Authentification des produits et suivi des ressources : les étiquettes NFC peuvent être intégrées dans l'équipement pour empêcher les contrefaçons et aussi suivre les ressources. Les données stockées sur l'étiquette NFC peuvent être chiffrées à l'aide de l'identificateur unique (UID) de l'étiquette.
Capteurs sans fil : les étiquettes NFC peuvent activer des applications de capteurs sans fil, dans lesquelles l'interface NFC peut être utilisée non seulement pour le transfert des données mais aussi pour alimenter les capteurs en récupérant l'énergie du champ RF de l'appareil d'écriture. Une telle application est hermétiquement scellée (étanche) avec des nœuds de capteurs encapsulés dans du verre. L'encapsulation permet de fonctionner dans des conditions difficiles et la NFC fournit une connectivité sans fil et un fonctionnement passif (sans batterie). Même pour les nœuds alimentés par une batterie, un allongement de la durée de vie de la batterie est souhaitable ; une faible consommation d'énergie de la NFC peut permettre cela.
Réseaux de capteurs à distance : lorsque la NFC est associée au Bluetooth® ou WiFi, elle peut être utilisée pour créer des réseaux de capteurs à distance dans lesquels les nœuds peuvent être facilement couplés/approvisionnés au sein du réseau grâce à la NFC pour permettre des connexions par simple contact. De plus, l'interface NFC peut être utilisée pour accéder aux données depuis des nœuds individuels à l'aide d'un appareil de lecture NFC comme un smartphone.
Considérations de conception pour les développeurs
Les principales inquiétudes des développeurs de telles applications sont la consommation d'énergie, la disponibilité d'une mémoire non-volatile pour le stockage des données et le coût lié au regroupement de caractéristiques multiples qui permettent ces applications. D'autres facteurs importants sont la portée de lecture, les efforts de développement, le coût d'implémentation et la sécurité liée à la communication des données.
Portefeuille NFC de Texas Instruments
Texas Instruments dispose d'un vaste portefeuille NFC qui inclut des appareils provenant de trois catégories. Il comprend des IC de transpondeur NFC dynamique à interface double (RF430CL330H) et passive (Tag-itTM), des IC de transpondeur de capteurs hautement intégrés (RF430FRL152H), des IC de lecture/écriture NFC (TRF7960A) et des IC de transmetteur d'appareil NFC (TRF7970A).
Les produits NFC de TI fournissent des performances RF robustes tout en proposant des besoins en puissance ultra-faibles. Les appareils de transmetteur et de transpondeur NFC disposent de plusieurs nœuds à basse consommation pour minimiser la consommation de courant en mode actif ou veille pour une prolongation de la durée de vie de la batterie. La fonction de réveil sur détection RF de ces appareils permet aux développeurs de créer des appareils qui restent en état de basse consommation jusqu'à ce qu'un champ RF soit détecté.
TRF7970A est un transmetteur NFC complet qui supporte les trois modes de fonctionnement : pair à pair, émulation de carte et lecture/écriture. Il s'agit d'un appareil NFC doté d'un multi-protocole hautement intégré (ISO14443A/B, ISO15693) qui est conçu pour atteindre des performances de consommation ultra-faibles, et est supporté par la bibliothèque micrologicielle NFCLink qui permet un portage facile des fonctions NCI sur une variété de processeurs hôtes intégrés.
Le transpondeur de capteur NFC RF430FRL152H récemment lancé inclut une mémoire FRAM (non-volatile) pour le stockage des données et fournit une solution hautement intégrée avec un MCU programmable pour les applications de capteurs qui exigent une connectivité (ISO15693) NFC. Il est conçu pour fournir une solution de puce simple facile à utiliser qui réduit le coût BOM et les efforts de développement pour les développeurs.
TI fournit des ressources exceptionnelles pour permettre aux développeurs de démarrer leurs conceptions. TI Designs est une bibliothèque de conceptions de référence qui permet aux utilisateurs de démarrer leurs conceptions en utilisant les ressources que TI a déjà réunies.