一张带有无电池LED的PCB名片，由触碰它的手机供电

# 👻 轻触即亮的电路板名片 | kevin.md 来源：https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md > 摘要：我制作了一张带有NFC芯片和无电池LED的电路板名片，LED通过手机触碰供电。硬件运行正常，但普通iPhone的NFC应用无法格式化空白的NTAG I2C Plus芯片。于是我编写了一个小型Core NFC应用，直接发送芯片的原生命令，现在每次触碰都能打开我的网站并点亮喷火龙的尾巴。 我一直想要一张“不只是纸片”的名片。并非出于什么深刻哲思——只是觉得递给别人一块电路板会很有趣。于是我设计了一张：信用卡大小，亮黑色基底，搭配金色图案和我的名字。到此为止还算标准。这张名片“不止于卡”的两个特点，在手机靠近前都看不见。 第一是NFC芯片。将名片触碰手机，就能打开kevintang.xyz (https://kevintang.xyz/)——这与公交卡或交通卡的“碰一碰”技术相同，运行在13.56 MHz频率上[\[1\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-1)。板子边缘有七圈铜线螺旋——那就是天线，让它在正确频率共振是主要工作。这部分我早有预期。 第二个让我念念不忘的部分是：名片上印着一只小喷火龙，尾巴尖上有一颗红色LED——所以当名片触碰手机时，它的尾巴就“着火”了。名片上没有电池。没有纽扣电池，没有导线，无需充电。LED完全依靠手机散发的能量运行。 这张黑色电路板名片设计成元件数据手册的样式，顶部附近有一颗小红LED微微发光；下方是一台运行自定义“NFC Card Writer”应用的手机，显示正在写入卡片的网址，另有两张名片放在深色沙发上。 名片写入过程中——我自己的小应用正将网址推送到芯片上——能量收集LED仅靠手机磁场便亮了起来。还有几张在排队等待。 ## 借电运行的物体 实际发生的情况如下，我花了好一阵子才停止觉得它神奇（其实至今仍觉神奇）。NFC手机不只是被动接收标签——它会主动发射强射频场为标签供能，因为标签本身也没有电池。普通NFC贴纸中的芯片依靠借来的能量苏醒，仅足够应答一次，手机离开便立刻熄灭。直到亲自制作我才意识到：某些芯片会通过引脚输出富余能量，供你自由支配。NXP的数据手册标注，在特定测试环境下，典型能量收集输出约为5毫安、2伏特[\[2\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-2)——虽然不多，但足够点亮LED、触发低功耗传感器，或在极短时间内唤醒微型微控制器。 而它的应答方式比听起来更奇特：标签自身从不发射信号。它通过实时改变吸收手机磁场的比例来回应，手机感受到自身信号上的细微扰动，并将其解读为0和1。我常想到的类比是镜子。镜子不发光——它只反射光源。被动式NFC标签不发射无线电波——它反射手机的信号，将其闪烁成一条信息。手机提供全部能量；名片只决定反弹什么内容。 （顺便提一下，这正是我曾混淆的NFC与RFID区别：NFC并非RFID的竞争者，而是其短程、13.56 MHz的特定分支——设计上就是近距离通信，确保卡片只与你刻意触碰的设备对话。） 我过去总把NFC视为让手机执行操作的方式：打开链接、支付咖啡、签到。但这张名片颠覆了这个逻辑。触碰让名片“做”事情。在手机靠近的半秒钟里，名片成了一个活设备——一块惰性的玻璃纤维板因你带近电池而苏醒过来。一旦体验过这点，你对NFC触碰的看法就会改变。你不再是读取标签。你是在为它供电。 这不是全新想法——美国银行几年前推出过一款非接触式支付时Logo发光的信用卡，受欢迎程度一度导致缺货[\[3\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-3)——但它依然罕见，每次体验都像个小奇迹。它指向一整个物品类别：那些不需要电池的东西，因为它们只需在你手持已带电的手机触碰的瞬间保持“活着”。 ## 名片即程序 我将整张电路板设计为代码——推荐给任何和我一样用鼠标拖拽走线会抓狂的人。KiCad（免费PCB工具）提供Python API，因此整张名片由脚本生成。每条走线、天线线圈、每个字母的位置：全部通过计算得出。想让线圈多一圈？改个数字，重新运行，完成。这张板子的可复现性如同程序一样，这对硬件新手而言是极大的安慰——没有需要小心翼翼对待的珍贵手绘产物。 我没忍住给翻看名片背面的人留了几个玩笑。背面布局成元件数据手册样式——每个硬件部件都附带的密集参考文档——丝印层甚至印出了天线的实际谐振数学公式，还有两个真实的裸露测试点，好奇的工程师可以用万用表探测来验证我的数据。正面则在芯片卡通常印有金色接触点方块的位置，画了一个方块图案——同样是八焊盘封装，但下面空无一物。真正的NFC芯片藏在背面；看起来像芯片的部分只是诱饵。任何设计过电路板的人一眼就能识破——其他人只会看到一张芯片卡。这是留给仔细观察者的彩蛋。 黑色卡片背面渲染图，按元件数据手册样式排版：金色的“KEVIN TANG”标题、小字区块、天线谐振数学公式、金色喷火龙（其尾巴位于线圈起点）、螺旋天线本身，以及两个标注的测试点TP1和TP2，带有尺寸标注。 背面直接从设计文件输出——布局如真实数据手册，包含谐振公式，TP1/TP2可实际探测。喷火龙尾巴所在处就是LED位置。 然后我把它送到工厂。这是现代硬件真正疯狂的部分：我把文件上传到JLCPCB，大约75美元，他们制造了十份副本，并在每份上焊接了芯片和LED[\[4\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-4)。十块组装好的电路板，通过邮件寄来，价格相当于一顿不错的晚餐。几天后，这个小蓝盒子出现了： 一只手拿着蓝色的JLCPCB快递盒，里面是组装好的电路板名片。 里面有十张漂亮的名片，我得意了大约一天。 ## 然后我无法写入 我把第一张名片触碰手机。LED闪烁——说明它获得了供电，天线工作正常，硬件部分没问题——但什么也没发生。没有链接。名片有电但没信息。 这是预料之中的：空白芯片需要你将网址写入其中。于是我打开大家常用的NFC Tools应用，将名片放在iPhone上，得到提示：“不支持此NFC标签”。 我在芯片选择上犯了新手错误。我选用的NTAG I2C Plus芯片[\[2\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-2)并非普通贴纸标签。它是桥接芯片——设计用于嵌入设备，通过线路与微控制器通信，NFC功能只是附加。正是这颗芯片提供了我想要的LED能量收集引脚，这也是我选择它的原因。但它出厂时是空白的，没有NDEF格式化信息告诉消费应用URL记录应放在哪里。NFC Tools使用iOS的高层NDEF路径，将我的空白芯片视为不支持而非尝试格式化。 我想，没关系，试试Android吧——它的NFC协议栈在这方面宽松得多。我翻出备用手机，安装应用，却发现我的廉价预装Android手机根本没有NFC射频模块。该型号官方支持NFC；但我这个运营商版本为了省一美元去掉了芯片。这手机根本无法进行NFC通信。没有硬件，再好的应用也无用武之地。 普通iPhone应用不行；我的Android手机不能用。十张漂亮的名片，却无法写入哪怕一个字。 ## 编写自己的钥匙 让我摆脱困境的关键在于意识到：消费应用失败并非因为芯片不可写——它们只是卡在了高层NDEF检查。实际上，这颗芯片响应与普通NFC标签相同的基本内存命令。在关键命令层面它是兼容的。应用如同门口查身份证的保安；而芯片本身乐于接受我的指令。 而iOS，事实证明，允许你向标签发送原始命令——只要你愿意自己写应用。Apple的Core NFC框架提供底层模式，可以直接与标签通信，而非让iOS代为解释[\[5\]](https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#cite-5)。于是我写了一个非常小巧的iPhone应用——大约六十行有效代码——只做一件事：打开NFC会话，手动发送写入命令。先发送声明“我是URL标签”的小报头，然后将网址逐字节（每次四字节）写入芯片内存，每条命令都等待确认后再发送下一条。 我将应用安装到手机上，打开它，触碰一张名片，看着它逐页计数：写入中，写入中，完成。然后锁屏，像陌生人一样再次触碰名片，弹出提示横幅询问是否打开我的网站。成功了。此后每张名片都成功了。 有个小问题：我必须将名片紧贴手机顶部边缘，否则写入会失败。耦合非常紧密，我相当确定原因在于那颗发光LED——它消耗了芯片工作所需的部分电力，导致余量比普通标签要小。这是个有趣的问题。已列入下次修订计划：稍微降低亮度，增加一点有效距离，并考虑如何权衡取舍。 ## 我反复思考的部分 再次印证的一点是：硬件项目的难点往往在最后一步软件上：从“物体物理存在”到“物体完成特定功能”的最后那一点距离。电子部分是教科书式的。天线数学一次成功。差点打败我的是某个从未听说过我的芯片的应用里的一个兼容性选项。 但当我手持这张名片时，思考的并非这些。我想的是那光芒。这是一块没有电源的扁平玻璃纤维板，却因你挥动手机触碰而苏醒过来。我最初只想做一张能打开网站的名片——这算是个有点聪明的派对小技巧。最终却对这几毫瓦借来的光更感兴趣——因为同样的技巧，即物体依靠不属于自己的能量苏醒，正是我如今想构建的无数其他东西的种子。 总之，如果我们见面，我递给你一张黑色名片，请触碰它。然后看着那尾巴。 ## 参考文献 \[1\]近场通信 (https://en.wikipedia.org/wiki/Near-field_communication)——维基百科（NFC工作频率为13.56 MHz）↩ (https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#ref-1) \[2\]NT3H2111/NT3H2211 NTAG I2C plus数据手册 (https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/NT3H2111_2211.pdf)——NXP半导体（能量收集输出，典型值约5 mA）↩ (https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#ref-2) \[3\]美国银行Shopper Cash Rewards Visa发行公告 (https://www.businesswire.com/news/home/20221019006081/en/U.S.-Bank-Shopper-Cash-Rewards%E2%84%A2-Visa-Signature%C2%AE-Card-slims-wallets-expenses)——Business Wire（非接触支付时发光的LED卡片）↩ (https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#ref-3) \[4\]JLCPCB (https://jlcpcb.com/)——PCB制造与组装服务↩ (https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#ref-4) \[5\]sendMiFareCommand (https://developer.apple.com/documentation/corenfc/nfcmifaretag/sendmifarecommand(commandpacket:completionhandler:))——Apple开发者文档（向NFC标签发送原生命令）↩ (https://www.kevin.md/the-business-card-that-lights-up.md#ref-5)