现代智能汽车中的无线技术104——NFC（1）

NFC技术采用全球通用的13.56MHz高频频段，通过电磁感应实现近距离通信。其核心是线圈间的磁场耦合，类似空心变压器原理，利用负载调制实现数据回传。为防止金属干扰，NFC设备需加装铁氧体片引导磁场。NFC协议包括ISO/IEC14443等底层标准，支持读写、点对点和卡模拟三种模式，其中数字钥匙采用硬件级安全的SE卡模拟模式。整个通信过程包括频率匹配、能量耦合、协议握手和数据验证，可在0.1秒内完成安全解锁。该技术无需无线电执照，适合传输密钥等小数据量应用。

频率 (Frequency)

NFC的工作频率非常固定，这是全球通用的标准。

中心频率： 13.56 MHz (兆赫兹)。
频段归属：属于 HF (High Frequency，高频) 频段，也是全球通用的 ISM (工业、科学和医疗) 频段。这意味着无需申请无线电执照即可使用。
带宽：约为 ±7 kHz 至 ±14 kHz。
通信速率：基础速率为 106 kbps，高速可达 212 kbps, 424 kbps, 甚至 848 kbps。虽然传不了视频，但传输密钥和文本绰绰有余。
波长： 13.56 MHz的电磁波波长约为22米。
关键物理概念：因为NFC的操作距离（<10cm）远小于波长，所以它工作在**"近场" (Near Field)** 区域。在这个区域，磁场起主导作用，而不是向远处发射的电磁波（远场）。

线圈与天线 (Coils & Antennas)

NFC不像Wi-Fi或5G那样通过发射"电磁波"通信，它的本质是电磁感应 (Magnetic Induction)。

A. 工作原理：空心变压器

你可以把NFC读写器（如车门把手）和NFC标签（如手机/卡片）看作是一个变压器的初级线圈和次级线圈，中间没有铁芯，而是空气。

读写器线圈通电，产生交变磁场（13.56 MHz）。
手机/卡片线圈进入磁场，切割磁感线，产生感应电流（法拉第电磁感应定律）。
这个感应电流不仅能唤醒卡片内的芯片，还能为无源设备供电。

B. 线圈设计

形式：通常是绕在PCB板上的铜线蚀刻，或者是绕线式线圈。
谐振 (Resonance)：线圈是一个电感 (LL)，芯片旁边会并联一个电容 (CC)。根据公式 f=12πLCf=2πLC1，工程师必须调节 LL 和 CC 的值，使电路的谐振频率精准对齐在 13.56 MHz，以获得最大的能量传输效率。

C. 关键组件：铁氧体片 (Ferrite Sheet)

问题：手机背面全是金属（电池、主板、外壳），汽车门把手内部也有金属结构。金属会产生涡流 (Eddy Current)，吸收并抵消NFC的磁场，导致无法通信。
解决方案：在NFC线圈和金属表面之间，必须贴一层黑灰色的铁氧体片（吸波材料）。它能像导管一样引导磁场绕过金属，防止能量被吸走。这就是为什么NFC线圈总是黑黑的一块。

D. 负载调制 (Load Modulation)

手机如何给读写器回传数据？它并不主动发射无线电。
手机通过快速改变自身线圈的负载（电阻），导致读写器线圈的电流发生微小变化。读写器检测到这种电流波动，就解析出了数据。这叫**"无源反向散射"**。

协议与标准 (Protocols & Standards)

NFC的协议栈像千层饼一样，从底层的无线电波到底层的数据格式都有规定。

A. 底层射频标准 (RF Interface)

这是物理层，决定了设备怎么握手。主要有四大类：

ISO/IEC 14443 Type A：最普及。成本低，如门禁卡、Mifare卡。
ISO/IEC 14443 Type B：安全性更高，通信更稳。身份证、护照、银行卡多用此标准。
JIS X 6319-4 (FeliCa)：索尼研发，速度快。在日本（Suica西瓜卡）和香港（八达通）极其流行，iPhone日版最早支持的就是这个。
ISO/IEC 15693：疏耦合卡，距离稍远（可达1米），但在支付和车钥匙场景较少见。

车载数字钥匙 (CCC标准) 通常构建在 ISO 14443-4 (Type A/B) 之上。

B. NFC Forum 工作模式

NFC设备必须支持三种模式，车钥匙主要用到第三种：

读写模式 (Reader/Writer)：手机去读NFC标签（如防伪溯源）。
点对点模式 (P2P)：两台手机背靠背传数据（Android Beam，现已逐渐被淘汰）。
卡模拟模式 (Card Emulation - CE)：核心模式！

手机假装自己是一张卡。
Host Card Emulation (HCE)：通过安卓/iOS系统��件模拟卡（安全性稍弱，需开机）。
Secure Element (SE) 模式：直接通过手机里的安全芯片（SE）模拟卡。车载数字钥匙必须用这个，因为它是硬件级的安全，且支持关机刷卡。

C. 数据交换格式

NDEF (NFC Data Exchange Format)：一种通用的数据封装格式，不管底层是Type A还是Type B，上层传输网址、文本、蓝牙配对信息时，都打包成NDEF格式。

总结：一个NFC车钥匙的通信全过程

频率匹配：你的手握着门把手，门把手里的线圈以 13.56 MHz 发射磁场。
能量耦合：你的手机（即使关机）进入磁场，内部线圈通过电磁感应获得微弱电流，唤醒SE安全芯片。
底层握手：双方基于 ISO 14443 Type A/B 协议建立连接。
数据交互：

门把手发送："你是谁？发个随机数给你。"
手机SE芯片："我是车主，这是用我的私钥加密后的随机数。"（负载调制回传信号）
应用层验证：车辆验证加密数据无误，执行解锁指令。

这一切，都发生在 0.1秒之内。