什么是NFC?


NFC是英文Near Field Communication的缩写,中文译为近场通信。与基于无线电传输的蓝牙和Wi-Fi等短距离通信技术不同,NFC是一种基于电磁无线电场的非接触式通信技术,工作在13.56MHz频段,传输速度分106Kbit/s、212Kbit/s、424Kbit/s三种,带宽不大,且一般传输距离只有10cm以内,最多不会超过2m,这也是“碰一碰”完成信息交换的精髓所在。


 
图 | 电磁感应方式原理
图源:罗姆


事实上,NFC是RFID(射频识别)的一个分支,严格地说是起源于RFID技术、信息交互技术和非接触识别技术。对比RFID技术,NFC技术除了通信距离更短外,在工作模式上也存在较大差别,比如NFC是将点对点通信功能、读写器功能和非接触卡功能集成进一颗芯片,而RFID则由阅读器和标签两部分组成;NFC技术既可以读取也可以写入,而RFID只能实现信息的读取以及判定。这也决定了两者的应用领域的差别,NFC在移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等To C领域中得到相对广泛的应用,而RFID更多地被应用在生产、物流、跟踪、资产管理等To B领域。


从硬件结构的角度来看,由于将感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能集成在单一芯片上,所以NFC通常由模拟前端和安全单元两部分组成,其中模拟前端包括NFC Controller和天线,安全单元包括SIM卡、智能卡(IC、SAM)、SD卡等。


NFC技术正在经历哪些变革?

 

  • 新增无线供电模式


从工作原理的角度,NFC有三种工作模式,即被动模式、主动模式和应答机模式:


被动通信模式:在这种单向模式中,发起设备提供一个载波场,目标设备通过调制该场做出响应,并从发起者电磁场中汲取能量。


主动通信模式:在这种双向的模式之中,两个设备都需要能量供应,发起者和目标设备产生各自的场来通信。


应答机模式:该双向模式允许没有接入电子栅格或电池的标签与范围内的NFC设备,通过汲取来自NFC设备的能量进行通信。


当然,有时也会从经典工作形式的角度出发,被归为点对点通信模式、读写器模式和NFC卡模拟模式,差不多的意思,这里对这三个经典模式不再赘述,因为今天笔者要留篇幅来讲讲现在NFC正在经历的变化。


 
图 | NFC的典型模式


讲到模式变化,就不得不提到近年来在三大模式基础上,又新增加的无线供电模式。这是NFC Forum于2020年5月4日才正式官宣获批的一项新的无线充电标准(WLC),简单理解就是以后可以采用13.56MHz这个频段,利用NFC通信链路来控制功率传输,来为智能手表、健身追踪器、无线耳机、数码笔等低功耗、低电池容量的IoT设备进行充电了,目前支持250、500、750、1000mW四种功率传输等级。


可能有人要问,之前不是有WPC无线充电的Qi标准来给手机等消费类产品供电了嘛,干嘛多此一举,搞个这么低功率的充电模式?没错,Qi标准的充电功率可达15W,甚至更高,这在今年刚过去的MWC2022上可以看到。然而Qi标准下的无线充电虽然功率高,但所需要的线圈也是非常大,且要求发射端与接收端的线圈严格中心对齐,所以Qi标准下的无线充电技术难以用于可穿戴等尺寸受限且限制非规则的产品形态,于是NFC的无线供电模式就成了一种生态互补。据悉,Panthronics 的PTX100W和罗姆的ML766x已经能实现接收端1W的NFC无线供电,而同类型的普通产品的最大供电量是0.5W。


对于该变化,Panthronics 亚太区副总裁严更真表示:“基于NFC的无线充电技术将为爆发性增长的可穿戴产品市场带来了新的创新解决方案。”此外,他还强调NFC无线充电同时可单天线支持数据传输、安全门禁支付等功能,这也是NFC行业的新机会。

 

  • 双频(UHF&HF)芯片


随着这几年NFC技术的发展,更高灵敏度、更低成本、更灵活地搭配超高频RFID的NFC芯片(业内称之为双频芯片)开始陆续地出现和迭代,让NFC在除了传统卡类应用、图书馆应用之外,在无人零售、奢侈品防伪、酒水防伪、烟草防伪、高档商品消费者互动等领域有了巨大的市场空间。


上海坤锐电子科技有限公司董事长闵昊告诉笔者:“这些年NFC芯片正向着UHF看齐,追求小容量、低成本、高灵敏度。小容量的好处是可以降低芯片成本,从UHF的趋势看,越来越多的客户选择把数据存储在云端,芯片上只保留小数据、ID序列号即可;高灵敏度可以让标签的天线更小,使得标签成本降低,应用场景更广;而双频NFC芯片超高频和NFC可以共享内存,取长补短,所以作为一家关注NFC标签芯片的厂商,坤锐已经量产Qmars-5U、QR2651、QR2213和双频的Qstar-6X、Qstar-6S等芯片。”

 

 


图 | Panthronics的NFC前端架构方案


从上图可知,传统的前端芯片采用的是方波输出的形式,需要通过外围电路将信号转换为正弦波,如果NFC控制芯片直接输出正弦波到天线,不仅不需要EMI外围电路,还能实现更精确的波形控制,有效地解决输出信号过冲问题,同时将拥有更高的灵敏度和输出功率提升,所以这将成为NFC技术的普及趋势。


NFC产业的现状和国内外差距


要说清楚NFC的现状,首先我们需要了解一些NFC的发展历史。回到二十多年前,当时的非接触卡市场主要被飞利浦和索尼把持,飞利浦主导了Mifare标准,也就是后来的ISO 14443标准,而索尼主推的是Felica技术,所以FeliCa在日本很常见,此外还有很多其他的技术标准,各厂家基本各自为战。


直到2003年,大厂们意识到了标准的不统一会严重影响产业发展的推进,于是飞利浦和索尼坐到了一起,共同整理了当时手里的资源,并在这之后共同推出了NFC技术。2004年,当时的手机界巨头诺基亚也参与其中,于是飞利浦、索尼和诺基亚牵头发起了NFC联盟,也就是我们常说的NFC Forum,目的很简单,就是为了开发NFC标准和互操作协议,鼓励行业采用这些规范,从而形成一个完整的NFC生态系统。当然,虽然规则是由这些领头的企业共同参与制定,但是制定的规则还是需要交由国际标准组织类似ISO来明确定义,比如ISO14443、ISO15693、ISO18092等。


正由于标准的不统一,再加上模式和产业之争,比如是由手机厂家主导、运营商主导,还是银联主导,一直都定不下来。再加上在移动支付方面,一开始中国移动主推2.4G技术标准,而银联则更支持13.56MHz技术标准,频率之争持续三年之久,直到2012年中国移动北京公司与北京市政交通一卡通有限公司共同签署《战略合作框架协议》,并联合发布“移动NFC手机一卡通”应用,才算划上句号——银联13.56MHz最终胜出。小提一句,当时站队中国移动2.4G标准的国民技术也受此拖累,业绩一再下滑。


经历曲折,但不管怎样,总的来说,NFC不论是在标准、模式还是产业发展上都是在进步。这也表现在了一些产业数据上面。


根据有关市场研究机构预测,全球NFC市场预计会在2020年达到218.4亿美元,2015年至2020年的复合年均增长率接近17.1%;此外,到2025年,全球大约可达年30亿个终端产品配置NFC功能


另根据国盛证券研究所的统计和预测,目前每年国内NFC芯片的市场空间约30亿元规模,若未来NFC+SIM方案得到广泛应用,国内NFC芯片的市场空间会进一步扩大。


以上是调研机构给出的数据,而站在业内人的角度,都会分门别类来看待该问题。

 

  • 国内主导厂商分布 vs 国外主导厂商分布


严更真告诉了笔者一个有趣的现象:在国外,全球NFC技术研发主要聚集地在奥地利格拉茨地区;而在国内,则主要分布在几个国资背景的公司。

 

  • 支付领域 vs 物联网领域


上海复旦微电子集团股份有限公司安全与识别事业部市场组主管许万鹏告诉笔者:“在支付领域,目前在全球范围移动支付最发达的国家是中国,国内由于NFC发展的历史原因,支付领域主要是二维码技术,但NFC的发展是以手机的生态为中心的,目前国内的手机品牌越来越多地标配了NFC功能,所以国内NFC的应用生态也会越来越好。而在国外,对于发达国家,出于隐私、安全和信用卡体系成熟度的考量,NFC支付方式占比更大;对于发展中国家,其移动网络的基础建设是不完善的,二维码支付在许多国家难以推行,因此NFC非接触支付方式是更加适合的。”


“在支付以外的物联网领域,国内外产业链的区别不大,比如在智能门锁领域,国内外的门锁基本都会标配刷卡功能。所以从芯片角度来看,对于支付领域,更多是围绕手机NFC芯片;而物联网领域,更多是非手机类的NFC芯片。国内的NFC支付,其实大众的接受度不高,而非手机的物联网应用,可以看到越来越多的落地应用。” 许万鹏补充道。


 
图 | NFC在智能门锁中的应用示意

 

  • NFC标签类 vs NFC卡类


NFC应用目前海外的应用占比较大,尽管疫情下近年出货量小幅下降,不过标签类市场保持着一定的增速,大约20%,目前NFC标签类的年出货量大概5亿NFC卡类因为被二维码或APP替代的原因有小规模萎缩,大概有30亿,整体NFC在2019年出货量大概40亿枚;比较稳定。对此,坤锐还给出了一组详细数据,如下:

 


 
至于国内外的差距,闵昊则进一步表示表示:“国内外NFC芯片就性能而言目前相差不大,主要的区别是,海外的NFC产品相对多样化、系列化;而目前国内的NFC从容量到应用覆盖不如海外的全面。”


NFC产业链的眼下难题和前景展望


虽然NFC产业整体是在进步的,却也不乏有人说:“NFC在3G时代就有了,却总是不温不火的。”针对这个质疑,我们也来听听业内人的看法。

 

  • 正方:并非不温不火


闵昊表示:“许多新技术的发展都会经历起起伏伏的阶段,因为新技术的市场量级应用不仅仅取决于技术的迭代和完备,还要兼顾应用端对价格的接受度,以及新技术对客户痛点的解决程度。就NFC而言,该技术早在90年代就出现了,随后在各类银行卡、交通卡、身份证的使用上可谓红红火火,而非不温不火。NFC消费级的应用目前受制于价格,产业的成熟需要时间,虽然有段时间,随着卡类被二维码或APP替代,有小规模的萎缩,但是未来NFC将在物品标识,特别是短距离物品识别方面再次出现行业爆发点,比如一些高附加值的领域:奢侈品、高档烟酒、高档服装等。”

 

  • 反方:确实不温不火


严更真:“确实在过去是不温不火的状态,其关键的原因是3G手机基本没有配备NFC芯片,再加上行业之前没有特别探索NFC的应用场景,而目前NFC芯片基本上是智能手机的标配,大家意识到NFC可以解决很多应用场景问题,比如蓝牙匹配问题、投屏问题、支付问题。汽车领域的NFC应用也在快速发展,包括汽车数字钥匙方案,智能座舱应用。可穿戴领域的无线充电与支付门禁数据传输等的结合,都是当前的热点方向。”

 

  • 笔者结语


有质疑就会有观点的碰撞,但从原因剖析的角度来看,确实影响NFC大规模铺开的主要因素不止成本和价格,需求想法和良好的体验也是重中之重。如前面所说的,NFC在中国很长一段时间内,发展是非常曲折的,所以其整个生态建设就不是很好,生态不好,消费者的体验就不好。所以说,前景是光明的,但这并不影响NFC发展过程中会出现各种各样的难题。

 

就如当下,NFC还是非常碎片化,不同的操作系统对于NFC的开放程度也不一样,仍然存在很多兼容性问题。但随着NFC的发展,这些问题都会得到解决,最终NFC的应用会越来越多。而如果要问NFC的杀手级应用何在的话,我想还得看手机NFC的生态建设。