M24LR/M24LRE/M24SR: pamięci EEPROM z dwoma interfejsami komunikacyjnymi: I2C i NFC

STMicroelectronics jest producentem interesujących, obecnie nie mających konkurencji, pamięci EEPROM, wyposażonych w dwa interfejsy komunikacyjne: I2C (400 kHz lub 1 MHz) oraz bezprzewodowy interfejs radiowy NFC (ISO15693 lub ISO14443). Producent oferuje trzy rodziny tych pamięci (M24LR/M24LRE/M24SR), ich najważniejsze cechy i parametry przedstawiamy je w artykule.

Tab. 1. Zestawienie podstawowych cech i parametrów pamięci M24LR/M24LRE/M24SR

Typ

Standard RF

Pojemność

[b]

Interfejs

Energy Harvesting

Długość hasła

[b]

Zasilanie

[V]

Zasięg RF

[m]

M24LR04E-R

ISO15693

4096

I2C 400 kHz

+

32

1,8-5,5

1,5

M24LR16E-R

ISO15693

16384

I2C 400 kHz

+

32

1,8-5,5

1,5

M24LR64-R

ISO15693

65536

I2C 400 kHz

32

1,8-5,5

1,5

M24LR64E-R

ISO15693

65536

I2C 400 kHz

+

32

1,8-5,5

1,5

M24SR02-Y

ISO14443

2048

I2C 1MHz

128

2,7-5,5

0,1

M24SR04-Y

ISO14443

4096

I2C 1MHz

128

2,7-5,5

0,1

M24SR16-Y

ISO14443

16384

I2C 1MHz

128

2,7-5,5

0,1

M24SR64-Y

ISO14443

65536

I2C 1MHz

128

2,7-5,5

0,1

Firma STMicroelectronics oferuje trzy rodziny pamięci EEPROM wyposażonych w interfejs RF (ich parametry zestawiono w tabeli 1):

  • M24LR, które od strony radiowej są zgodne ze standardami ISO15693 oraz ISO18000-3 mode 1. Są przystosowane do prowadzenia komunikacji w paśmie 13,56 MHz, z prędkością z czytnika do pamięci 1,6 lub 26 kb/s (w zależności od zastosowanego kodowania) i w odwrotnym kierunku 6,6/26 lub 53 kb/s. Każda pamięć jest wyposażona w 64-bitowy unikalny identyfikator. Interfejs przewodowy I2C pracuje z prędkością do 400 kHz. Zawartość pamięci jest chroniona od strony interfejsu radiowego za pomocą 32-bitowych haseł (może być ich kilka), hasło dostępowe można wykorzystać także torze dostępu do danych od strony magistrali I2C.
  • M24LRxxE, których cechy użytkowe są takie same jak pamięci M24LR, dodatkowo wyposażono je w system pozyskiwania energii z toru radiowego (rysunek 1), dzięki czemu mogą – podczas prowadzenia wymiany danych z czytnikiem – zasilać współpracujące układy. W zależności od trybu pracy i mocy toru nadawczego, moc wyjściowa toru pozyskiwania energii może dochodzić do 10 mW (1,7 V/6 mA), co w zupełności wystarcza do zasilania dobrze skonstruowanego, energooszczędnego systemu mikroprocesorowego.

Rys. 1. Schemat blokowy aplikacji pamięci z serii M24LR w konfiguracji z pozyskiwaniem energii z toru RF

  • M24SR, które także są wyposażone w interfejs radiowy pracujący w paśmie 13,56 MHz, ale spełniają wymogi standardów NFC Forum Tag Type 4 oraz ISO/IEC 14443 Type A, co ułatwia stosowanie ich w klasycznych aplikacjach NFC. Schemat blokowy pamięci z rodziny M24SR pokazano na rysunku 2. Uzyskiwania prędkość transmisji danych wynosi do 106 kb/s, co wiąże się z ograniczeniem zasięgu transmisji do kilku-kilkunastu centymetrów.

Rys. 2. Schemat blokowy pamięci z rodziny M24SR

Każda pamięć z rodziny M24SR ma indywidualny identyfikator o długości 56 bitów. Zawartość pamięci M24SR jest chroniona 128-bitowym hasłem, a trwałość matrycy EEPROM wynosi (tak samo jak w pamięciach M24LR) 1 mln cykli kasowanie-zapis. Czas bezpiecznego przechowywania danych w matrycy pamięciowej wynosi 200 lat, co jest jednym z lepszych wyników na świecie (użytkownicy pamięci M24LR mogą być spokojni o swoje dane „zaledwie” przez 40 lat). Pamięci M24SR wyposażono ponadto w uniwersalne wyjście cyfrowe (open-drain), które użytkownik może skonfigurować jako wyjście przerwania lub sygnalizujące określony etap transmisji danych.

Z myślą o ułatwieniu testowania prezentowanych w artykule pamięci we własnych aplikacjach użytkowników, producent przygotował kilka tanich narzędzi startowych, które umożliwiają szybkie i łatwe zweryfikowanie ich działania. Szczególnie wart polecenia jest dwupłytkowy zestaw M24LR-DISCOVERY (fotografia 3). W skład tego zestawu wchodzą dwie płytki, z których jedna spełnia rolę interfejsu-czytnika RFID (z transceiverem CR95HF), druga (z wyświetlaczem LCD) to system docelowy. Ta płytka jest wyposażona w pamięć z rodziny M24LR, która zasila – między innymi – mikrokontroler STM8L152C6T6.

Fot. 3. Zestaw M24LR-DISCOVERY składa się z dwóch płytek

Producent przygotował także podobny zestaw dla pamięci M24SR (M24SR-DISCOVERYfotografia 4), który występuje w dwóch wersjach o różnym stopniu złożoności sprzętowej (wersję Premium wyposażono dodatkowo w moduł Bluetooth (BTM760) oraz wzmacniacz audio, dzięki którym zestaw emuluje bezprzewodowy zestaw audio, parowany z nadajnikiem za pomocą NFC).

Fot. 4. Wygląd zestawu ewaluacyjnego M24SR-DISCOVERY

Fot. 5. Wygląd ekspandera z pamięcią M24SR zgodnego z Arduino – X-CUBE-NFC1

Kolejnym tanim zestawem umożliwiającym samodzielne poznanie możliwości prezentowanych pamięci jest ekspander dla płytek NUCLEO oznaczony symbolem X-CUBE-NFC1 (fotografia 5). Jest on wyposażony w pamięć z rodziny M24SR, producent przygotował i udostępnił kompletne oprogramowanie dla mikrokontrolerów STM32 bazujące na systemie bibliotek STM32Cube (o nazwie X-CUBE-NFC1).

Rys. 6. Widok okna kalkulatora anten dla pamięci M24SR/LR, który jest dostępny w pakiecie eDesign Suite

Producent pamięci przygotował także wiele projektów referencyjnych anten do pamięci M24SR/LR, które pozwalają na szybkie dobranie optymalnego rozwiązania dla własnej aplikacji, udostępnił także programy narzędziowe, służące do wspomagania obliczeń związanych z projektowaniem anten implementowanych na PCB, współpracujących z pamięciami prezentowanymi w artykule. Są to:

  • internetowy kalkulator dostępny w ramach pakietu narzędziowego eDesign Suite na stronie producenta – rysunek 6,
  • stacjonarny kalkulator anten, udostępniony przez firmę STMicroelectronics do bezpłatnego pobrania pod adresem – rysunek 7.

Rys. 7. Widok okna dostępnego bezpłatnie programu narzędziowego do obliczania indukcyjności anten wykonywanych na laminacie FR4 na pasmo 13,56 MHz

Ponieważ bezprzewodowy interfejs pamięci prezentowanych w artykule jest zgodny ze standardem NFC (Near Field Communcation), stosowanym coraz częściej w smartfonach, producent przygotował bezpłatną aplikację dla systemu Android, która umożliwia wykonywanie bezprzewodowo wszelkich operacji na zawartości pamięci. Dzięki temu do testowania pamięci wystarczy tablet lub smartfon z Androidem oraz bezpłatna aplikacja (w zależności od typu pamięci: STSW-M24SR002 dla M24SR, STSW-M24LR012 dla M24LR), która jest dostępna w sklepie GooglePlay (rysunek 8).

Rys. 8. Wybrane widoki okien smartfonowej aplikacji do obsługi pamięci prezentowanych w artykule za pomocą interfejsu NFC

Andrzej Gawryluk

Autor: