近年來由於手機的功能與普及度快速的成長，使的早期的電子錢包有了推廣的利基點。NFC的演進取至於RFID的特定頻段，由於手機的市場應用使的NFC可在較快的時間點取得標準介面與平台，本文將針對NFC的架構與規範做討論。
NFC應用
電子付費系統中，目前應用於手機系統上最完整的解決方案是以NFC(near field communication)為主，市場上也已經有相關產品流通著，如NOKIA3220、Samsung SGH-X700、VISA WAVE及臺北捷運悠遊卡…等皆是相容於NFC系統，除了個人識別與電子付費系統外， NFC也在資料傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，譬如電子海報的資料下載包括入場卷、會展資訊，除此之外NFC還可以作為藍芽設備配對及輸入密碼的簡化功能，若是使用者具有負載NFC之藍芽設備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍芽設備，如此即可不需要透過藍芽搜尋及輸入密碼的配對過程即可快速連結 。目前韓國、中國及歐美已經在電信業者、晶片商與手機製造商的合作下於公共交通付費系統中進行多次的驗證，預期NFC將有快速的成長。
NFC架構
NFC的操作頻率為13.56MHz，操作距離約為10公分之內， 而NFC的規範制定取決於RFID 13.56MHz的頻段。 早期運用此頻段包括Philips MiFARE(ISO 1443A) 、ISO 1443B、ISO15693、ISO18000-3及Sony Felica，由於非接觸卡應用於個人資料識別或電子付費系統中強調於安全機制，而近乎於貼近讀卡機系統的近場通訊即是將13.56MHz中短距系統的部分加以整合，所以最後市場上所見的即為Philips MiFARE(ISO 1443A) 及Sony Felica。
早期這兩家系統各自發展互不相容，直到近年才將兩種規格合併並制定了NFC規範ECMA340/ISO18092(NFCIP1， NFC Interface and protocol 1)，此規範相容於現有Philips MiFARE(ISO 1443A) 及Sony Felica，表1列出了NFC的ECMA與ISO規範.。
ECMA ISO Content
ECMA340 ISO18092 NFC interface and protocol
ECMA352 ISO21481 Select mode
ECMA356 ISO22536 Tests for RF interface
ECMA362 ISO23917 Tests for protocol
表1 NFC的ECMA與ISO規範.
NFC工作頻率為13.56MHz， ASK調變， 傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種。 通訊模式可分為主動模式與被動模式， 主動模式是指發起設備 (initiator) 與目標設備 (target) 皆可自身電源供應產生RF field， 而被動模式下則是發起設備自身供應電源產生RF field， 而目標設備則利用全波整流線路將發起端的RF field之能量轉換為DC來供應自己的電源。值得一提的是， 在被動模式下為了要滿足省電的要求所以採用了負載調變(Load modulation)的方式，此調變方式可以達到省電的效果。
在使用上因為NFC的使用通常會遇到使用尖峰時期， 為了避免不同的發起端或目標端同時溝通造成資料連結錯誤， 所以NFC採用了一種機制listen before talk， 此機制會讓當發起端設備要發出詢問訊號前， 先偵測外界磁場強度來判斷是否有其他的設備正在溝通中。 這種機制的實現稱為RF Collision Avoidance (RFCA)， 其動作行為每次在發起端發出詢問信號時會偵測外界磁場 (如圖1)， 當磁場強度超過門檻強度時 (Hthreshold=0.1875A/m) 則會停止詢問直至外界強度降至門檻值以下， 若是低於臨界值才會開始發出詢問指令， 偵測的時間為TIDT+nTRFW， n為0~3的機率取樣， TRFW=512/fc(RF waiting time)， TIDT>4096/fc(initial delay time)，當發起設備在TIDT+nTRFW內沒有偵測到超過門檻強度的磁場，則會先發射TIRFG的未調變RF field之後再發出詢問信號，其中TIRFG必須大於5ms
NFC規範
調變
在此將針對NFC RF interface 做敘述， 首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩標準，EMCA340中敘述NFC相關協定，這裡先引入資料封標作討論，NFC資料分包分為兩種類型，一為106kpbs(圖2)、一為212/424kbps
由於NFC 106kbps為100% ASK調變，所以對整個High/Low訊號的封包結構都有相當詳細的定義。其中幾個參數包括從100% 下降到5% Am 時間(t1)、5% Am持續時間(t2)、Am由5% 上升至60%時間(t4)即overshoot 的範圍。而212/424kbps則是8% 至30%的調變率，其封包模式則是要如圖3所示。
RF 測試套件
1.Calibration coil.
圖4為EMCA356中標示的calibration coil，此coil的功能在於驗證測試過程中，待測物所發射出的訊號是否為正確的強度與調變。此Coil為一簡單的天線架構， 當然EMCA也詳細的規定了所有的尺寸， 由此coil所測出的值為0.32V (RMS) =1A/m (磁場強度) 。
2.Field Generating Antenna.
圖5為EMCA356中標示的generating antenna，此套件用於磁場的發射，圖中還包含了一組天線匹配線路。
3.Sense coil.
圖6為sense coil，此sense coil用於量測待測物的磁場強度與調變。
4.Rerence device.
圖7為兩種測試標準線路與一組天線coil，此reference device 用於測試DUT的標準套件。
其中又包函了兩組測試電路，圖7.2為調變測試線路，圖7.3為電源測試線路。
RF 測試程序
1.發起設備power 測試
此測項在測試由發起設備所供給之磁場強度是否供給目標物足夠之工作電源 圖8
如圖8所示，將訊號由generating antenna 調整發射，於右端之calibration coil量測到之強度為Hmax(7.5A/m)，此時再將reference device配合圖7.3之power測試線路調整C2使線路共振點位於19MHz (此部份在規範中並無詳述為何調整至19MHz，在此推論若19MHz可達到3V輸出則當目標物為13.56MHz時其電壓一定會超高3V，此因該為取其下限值) ，放置於DUT位置，調整圖7.3線路R2使的由C3所得到之電壓值為3V。此時Reference device 已經完成， 之後再將此卡用來量測發起設備， 將此卡放至於發起設備所標註之超作範圍， 在此超作範圍內任意位置所量測到的電壓值 (C3) 皆不可超過3V。
而至於Hmin測試則與max大致相同，不同處為將reference device 共振頻率調至13.56MHz及所量測知電壓值皆須超過3V。
2.目標物的load modulation 測試
1.)被動模式106kbps
此測試為驗證目標物可正確調變出波形，如圖9所示，先將calibration coil放置於下側外緣，確定generating antenna所發射之波形與強度正確無誤，此時再將待測目標物放置於上側外緣 ，編輯一個ECMA340 所定義之SENS_REQ波型由generating antenna 發射並在待測目標物會回送一個SENS_RES訊號，如此即可透過二個sense coil量測到訊號，此量測架構因考量回傳之負載調變訊號微弱，所以利用二個sense coil之間電壓差做計算，由於相容系問題，所以在106kbps延續MiFARE使用副載波(subcarrier)的調變作被動目標物的回傳訊號，所以量測點應於fc+fs與fc-fs(fc=13.56MHz，fs=fc/16) 。
212/424kbps
高速的調變訊號量測方式則與106kbps十分相似，只是將量測擷取位置改為fc，因為此兩種傳輸速度下並無使用副載波調變
2.)主動模式
主動模式的測試與被動模式上並無太大的差異，由於是主動模式所以加測了目標物的RF field發射的時間，指令下達的時間…等
圖9
3.發起設備的load modulation 測試
此測試在於驗證發起設備的調變機制，可分為主動模式發射與被動模式接收兩種:
1)主動模式發射
將calibration coil放置於發起設備所定義之任意位置，而所量測之波型皆須符合ECMA340所定之規範
2) 被動模式接收
此為測試發起設備可以正確的接收被動目標物所回傳之信號。利用圖7.2的load modulation 測試線路所做成的reference device， 先將對應C3電壓與距離的關係以圖8的架構校正好， 之後即可將此卡與發起設備之待測物做量測， 測試由reference device所發出之調變訊號於待測物端的接收情況。在此只能對部分的測試項目做討論而詳細的測試請參考ECMA。
NFC系統與晶片開發
目前市場上所能見到的NFC最為積極推動的包括了Philips、NOKIA、Sony與Samsung， 而這幾家廠商皆有產品於市場上，包括Philips PN511/PN531、NOKIA 3220，RFMD也預計於RF4100與RF4113二個具有NFC功能的單晶片，RF4100為藍芽與NFC整合之系統晶片，具有高整合度的手機應用介面，而RF4113則為NFC系統晶片。RF4100尺吋為5*5mm的BGA與3.7*3.7mmWLCSP。預期NFC將會為手機應用層面帶入一個新紀元。
NFC應用
電子付費系統中，目前應用於手機系統上最完整的解決方案是以NFC(near field communication)為主，市場上也已經有相關產品流通著，如NOKIA3220、Samsung SGH-X700、VISA WAVE及臺北捷運悠遊卡…等皆是相容於NFC系統，除了個人識別與電子付費系統外， NFC也在資料傳輸與交換上有了一些吸引人的功能，譬如電子海報的資料下載包括入場卷、會展資訊，除此之外NFC還可以作為藍芽設備配對及輸入密碼的簡化功能，若是使用者具有負載NFC之藍芽設備，即可將NFC分別靠近兩組具有NFC的藍芽設備，如此即可不需要透過藍芽搜尋及輸入密碼的配對過程即可快速連結 。目前韓國、中國及歐美已經在電信業者、晶片商與手機製造商的合作下於公共交通付費系統中進行多次的驗證，預期NFC將有快速的成長。
NFC架構
NFC的操作頻率為13.56MHz，操作距離約為10公分之內， 而NFC的規範制定取決於RFID 13.56MHz的頻段。 早期運用此頻段包括Philips MiFARE(ISO 1443A) 、ISO 1443B、ISO15693、ISO18000-3及Sony Felica，由於非接觸卡應用於個人資料識別或電子付費系統中強調於安全機制，而近乎於貼近讀卡機系統的近場通訊即是將13.56MHz中短距系統的部分加以整合，所以最後市場上所見的即為Philips MiFARE(ISO 1443A) 及Sony Felica。
早期這兩家系統各自發展互不相容，直到近年才將兩種規格合併並制定了NFC規範ECMA340/ISO18092(NFCIP1， NFC Interface and protocol 1)，此規範相容於現有Philips MiFARE(ISO 1443A) 及Sony Felica，表1列出了NFC的ECMA與ISO規範.。
ECMA ISO Content
ECMA340 ISO18092 NFC interface and protocol
ECMA352 ISO21481 Select mode
ECMA356 ISO22536 Tests for RF interface
ECMA362 ISO23917 Tests for protocol
表1 NFC的ECMA與ISO規範.
NFC工作頻率為13.56MHz， ASK調變， 傳輸速率可分為106kbps/212kbps/424kbps三種。 通訊模式可分為主動模式與被動模式， 主動模式是指發起設備 (initiator) 與目標設備 (target) 皆可自身電源供應產生RF field， 而被動模式下則是發起設備自身供應電源產生RF field， 而目標設備則利用全波整流線路將發起端的RF field之能量轉換為DC來供應自己的電源。值得一提的是， 在被動模式下為了要滿足省電的要求所以採用了負載調變(Load modulation)的方式，此調變方式可以達到省電的效果。
在使用上因為NFC的使用通常會遇到使用尖峰時期， 為了避免不同的發起端或目標端同時溝通造成資料連結錯誤， 所以NFC採用了一種機制listen before talk， 此機制會讓當發起端設備要發出詢問訊號前， 先偵測外界磁場強度來判斷是否有其他的設備正在溝通中。 這種機制的實現稱為RF Collision Avoidance (RFCA)， 其動作行為每次在發起端發出詢問信號時會偵測外界磁場 (如圖1)， 當磁場強度超過門檻強度時 (Hthreshold=0.1875A/m) 則會停止詢問直至外界強度降至門檻值以下， 若是低於臨界值才會開始發出詢問指令， 偵測的時間為TIDT+nTRFW， n為0~3的機率取樣， TRFW=512/fc(RF waiting time)， TIDT>4096/fc(initial delay time)，當發起設備在TIDT+nTRFW內沒有偵測到超過門檻強度的磁場，則會先發射TIRFG的未調變RF field之後再發出詢問信號，其中TIRFG必須大於5ms
NFC規範
調變
在此將針對NFC RF interface 做敘述， 首先要先介紹EMCA340與EMCA356兩標準，EMCA340中敘述NFC相關協定，這裡先引入資料封標作討論，NFC資料分包分為兩種類型，一為106kpbs(圖2)、一為212/424kbps
由於NFC 106kbps為100% ASK調變，所以對整個High/Low訊號的封包結構都有相當詳細的定義。其中幾個參數包括從100% 下降到5% Am 時間(t1)、5% Am持續時間(t2)、Am由5% 上升至60%時間(t4)即overshoot 的範圍。而212/424kbps則是8% 至30%的調變率，其封包模式則是要如圖3所示。
RF 測試套件
1.Calibration coil.
圖4為EMCA356中標示的calibration coil，此coil的功能在於驗證測試過程中，待測物所發射出的訊號是否為正確的強度與調變。此Coil為一簡單的天線架構， 當然EMCA也詳細的規定了所有的尺寸， 由此coil所測出的值為0.32V (RMS) =1A/m (磁場強度) 。
2.Field Generating Antenna.
圖5為EMCA356中標示的generating antenna，此套件用於磁場的發射，圖中還包含了一組天線匹配線路。
3.Sense coil.
圖6為sense coil，此sense coil用於量測待測物的磁場強度與調變。
4.Rerence device.
圖7為兩種測試標準線路與一組天線coil，此reference device 用於測試DUT的標準套件。
其中又包函了兩組測試電路，圖7.2為調變測試線路，圖7.3為電源測試線路。
RF 測試程序
1.發起設備power 測試
此測項在測試由發起設備所供給之磁場強度是否供給目標物足夠之工作電源 圖8
如圖8所示，將訊號由generating antenna 調整發射，於右端之calibration coil量測到之強度為Hmax(7.5A/m)，此時再將reference device配合圖7.3之power測試線路調整C2使線路共振點位於19MHz (此部份在規範中並無詳述為何調整至19MHz，在此推論若19MHz可達到3V輸出則當目標物為13.56MHz時其電壓一定會超高3V，此因該為取其下限值) ，放置於DUT位置，調整圖7.3線路R2使的由C3所得到之電壓值為3V。此時Reference device 已經完成， 之後再將此卡用來量測發起設備， 將此卡放至於發起設備所標註之超作範圍， 在此超作範圍內任意位置所量測到的電壓值 (C3) 皆不可超過3V。
而至於Hmin測試則與max大致相同，不同處為將reference device 共振頻率調至13.56MHz及所量測知電壓值皆須超過3V。
2.目標物的load modulation 測試
1.)被動模式106kbps
此測試為驗證目標物可正確調變出波形，如圖9所示，先將calibration coil放置於下側外緣，確定generating antenna所發射之波形與強度正確無誤，此時再將待測目標物放置於上側外緣 ，編輯一個ECMA340 所定義之SENS_REQ波型由generating antenna 發射並在待測目標物會回送一個SENS_RES訊號，如此即可透過二個sense coil量測到訊號，此量測架構因考量回傳之負載調變訊號微弱，所以利用二個sense coil之間電壓差做計算，由於相容系問題，所以在106kbps延續MiFARE使用副載波(subcarrier)的調變作被動目標物的回傳訊號，所以量測點應於fc+fs與fc-fs(fc=13.56MHz，fs=fc/16) 。
212/424kbps
高速的調變訊號量測方式則與106kbps十分相似，只是將量測擷取位置改為fc，因為此兩種傳輸速度下並無使用副載波調變
2.)主動模式
主動模式的測試與被動模式上並無太大的差異，由於是主動模式所以加測了目標物的RF field發射的時間，指令下達的時間…等
圖9
3.發起設備的load modulation 測試
此測試在於驗證發起設備的調變機制，可分為主動模式發射與被動模式接收兩種:
1)主動模式發射
將calibration coil放置於發起設備所定義之任意位置，而所量測之波型皆須符合ECMA340所定之規範
2) 被動模式接收
此為測試發起設備可以正確的接收被動目標物所回傳之信號。利用圖7.2的load modulation 測試線路所做成的reference device， 先將對應C3電壓與距離的關係以圖8的架構校正好， 之後即可將此卡與發起設備之待測物做量測， 測試由reference device所發出之調變訊號於待測物端的接收情況。在此只能對部分的測試項目做討論而詳細的測試請參考ECMA。
NFC系統與晶片開發
目前市場上所能見到的NFC最為積極推動的包括了Philips、NOKIA、Sony與Samsung， 而這幾家廠商皆有產品於市場上，包括Philips PN511/PN531、NOKIA 3220，RFMD也預計於RF4100與RF4113二個具有NFC功能的單晶片，RF4100為藍芽與NFC整合之系統晶片，具有高整合度的手機應用介面，而RF4113則為NFC系統晶片。RF4100尺吋為5*5mm的BGA與3.7*3.7mmWLCSP。預期NFC將會為手機應用層面帶入一個新紀元。
