探索TMS37157：低功耗低頻接口設(shè)備的卓越之選

在電子設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低功耗、高性能的設(shè)備一直是工程師們追求的目標(biāo)。TMS37157作為一款集成了低頻應(yīng)答器接口、SPI接口和電源管理功能的設(shè)備，為配置、數(shù)據(jù)記錄、傳感器和遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用提供了理想解決方案。下面我們就來深入了解這款設(shè)備。

文件下載：tms37157.pdf

特性亮點(diǎn)

電源與功耗優(yōu)勢

TMS37157具有2V至3.6V的寬電源電壓范圍，這使得它能適應(yīng)多種電源環(huán)境。在功耗方面表現(xiàn)卓越，其有源模式最大電流僅150μA，掉電模式電流更是低至60nA，非常適合對功耗要求苛刻的應(yīng)用場景。

豐富的內(nèi)存資源

它擁有121字節(jié)的用戶內(nèi)存，以及126字節(jié)的EEPROM。EEPROM不僅提供了121字節(jié)的可用用戶內(nèi)存，還包含32位唯一序列號和8位選擇性地址。而且，EEPROM具有高度的靈活性，頁面可不可逆鎖定和保護(hù)，為數(shù)據(jù)存儲和安全提供了可靠保障。

低頻半雙工接口

采用低頻半雙工（HDX）接口，在應(yīng)答器通信中能實(shí)現(xiàn)最佳性能和高抗噪能力。特殊的選擇性尋址模式支持防沖突功能，上行鏈路數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)8kbit/s。通信采用下行鏈路幅度鍵控和上行鏈路頻移鍵控，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確與穩(wěn)定。

便捷的通信接口

通過3線SPI接口，可方便地訪問EEPROM，并與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為系統(tǒng)集成提供了便利。

小巧封裝

采用0.6mm間距、4mm x 4mm的VQFN封裝，在節(jié)省空間的同時(shí)，搭配少量外部組件即可實(shí)現(xiàn)成本效益高的設(shè)計(jì)。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

無線無電池傳感器接口

借助能量收集技術(shù)，微控制器和傳感器可通過低頻鏈路供電。數(shù)據(jù)能直接通過低頻鏈路在基站和微控制器之間傳輸，無需電池支持，適用于一些難以更換電池的應(yīng)用場景。

無電池配置內(nèi)存

即使沒有電池支持，也能對內(nèi)存進(jìn)行寫入操作。當(dāng)微控制器連接電池后，可讀取內(nèi)存內(nèi)容用于配置，還能對內(nèi)存進(jìn)行寫入，后續(xù)通過低頻鏈路讀取數(shù)據(jù)。

超低功耗數(shù)據(jù)記錄器內(nèi)存

在智能計(jì)量等應(yīng)用中，微控制器可對內(nèi)存進(jìn)行寫入操作，而且無需電池支持，就能通過低頻接口讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)。

多功能低頻接口

作為微控制器的短距離射頻接口，在其他頻率不適用的情況下，能發(fā)揮重要作用。其超低功耗模式可使系統(tǒng)整體功耗低至60nA。

遠(yuǎn)程控制應(yīng)用

可與UHF發(fā)射器、IR發(fā)射器和微控制器結(jié)合使用。TMS37157的電源管理功能可使微控制器進(jìn)入掉電模式，而按鈕檢測電路能喚醒微控制器。

帶內(nèi)存的獨(dú)立低頻應(yīng)答器

作為RFID應(yīng)答器，具有唯一ID和121字節(jié)的可編程EEPROM用戶內(nèi)存。僅需少量額外組件，無需電池，降低了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

電氣參數(shù)詳解

絕對最大額定值

在工作環(huán)境溫度范圍（-40°C至85°C）內(nèi)，電池電壓范圍為 -0.3V至3.6V ，VCL輸入電壓最大為7V，輸入電流最大為10mA。需注意，超出絕對最大額定值的應(yīng)力可能會對設(shè)備造成永久性損壞。

工作條件

操作系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)Qop需≥30，電池電壓在2V至3.55V之間。

IC特性

不同工作狀態(tài)下，電流表現(xiàn)不同。如V BATI輸出電流在特定條件下有相應(yīng)的電壓降限制；靜態(tài)電流典型值為60nA，最大為300nA；工作電流最大為150μA；電池充電電流最大為2mA。此外，調(diào)制電容、前端控制、應(yīng)答器部分以及VCL/VBAT檢查等方面都有明確的參數(shù)要求。

結(jié)構(gòu)與功能模塊

模擬前端

模擬前端實(shí)現(xiàn)了支持TMS37157應(yīng)答器功能所需的所有模擬功能。它能在應(yīng)答器激活時(shí)接收和發(fā)送低頻信號，將輸入的低頻能量整流并存儲在外部充電電容中為設(shè)備供電。同時(shí)，包含用于調(diào)整應(yīng)答器諧振電路的電容陣列和時(shí)鐘再生功能，可從輸入信號中恢復(fù)時(shí)鐘供應(yīng)答器使用。

控制單元

• 應(yīng)答器兼容性：TMS37157的應(yīng)答器與德州儀器的DST應(yīng)答器兼容，并為用戶提供了額外的內(nèi)存。
• CRC計(jì)算：控制單元中實(shí)現(xiàn)了硬件循環(huán)冗余校驗(yàn)計(jì)算引擎，可用于錯誤檢測。
• 內(nèi)存訪問：控制單元與片上EEPROM接口，在設(shè)備上電時(shí)讀取EEPROM中存儲的配置參數(shù)并初始化電路，在設(shè)備運(yùn)行過程中可讀取EEPROM數(shù)據(jù)并提供給微控制器。
• SPI接口：提供SPI接口，使微控制器能夠訪問TMS37157 EEPROM的內(nèi)容。
• 測試接口：允許用戶調(diào)整低頻天線的諧振電路，確保設(shè)備性能的穩(wěn)定性。

應(yīng)答器和用戶內(nèi)存

應(yīng)答器內(nèi)存共126字節(jié)，分為多個頁面，包括121字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)、4字節(jié)的序列號和制造商代碼以及1字節(jié)的選擇性地址。不同頁面有不同的用途和訪問權(quán)限，例如頁面1包含選擇性地址和鎖定位，頁面2包含用戶數(shù)據(jù)和鎖定位，頁面3包含制造商代碼和序列號且不可更改。

電源管理

電源管理模塊負(fù)責(zé)所有電源的主控制，還能響應(yīng)按鈕按下事件、生成復(fù)位信號和接收低頻應(yīng)答器命令。當(dāng)檢測到按鈕按下或接收到MSP訪問命令時(shí)，能喚醒控制單元和微控制器，完成操作后可進(jìn)入超低功耗睡眠模式。

通信與命令機(jī)制

尋址模式

TMS37157的尋址模式由頁面1的內(nèi)容決定，分為通用尋址（頁面1 = 0xFF）和選擇性尋址（頁面1 ≠ 0xFF）。標(biāo)準(zhǔn)配置為通用尋址，通過編程可激活選擇性尋址，它會影響部分頁面的鎖定、保護(hù)和編程命令。

鎖定和保護(hù)功能

所有頁面都可通過設(shè)置相應(yīng)的鎖定位進(jìn)行鎖定，鎖定后不可重新編程；頁面8 - 15和40 - 55可通過設(shè)置保護(hù)位進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)后的頁面只能通過SPI重新編程。

脈沖位置調(diào)制（PPM）

通過PPM方式，信息承載在比特的周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)。不同的比特周期持續(xù)時(shí)間用于區(qū)分高比特和低比特，在不同的操作模式（如通用讀取、編程或鎖定）下，PPM的時(shí)序有所不同。

命令傳輸

可通過無接觸低頻接口、SPI和測試接口與TMS37157進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)傳輸。寫入命令時(shí)，需發(fā)送包含2位命令字段和6位頁面字段的寫入地址字節(jié)，不同命令類型還可能包含額外的數(shù)據(jù)字節(jié)。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)答器會根據(jù)不同頁面的尋址情況返回相應(yīng)的格式數(shù)據(jù)。

SPI命令

微控制器與TMS37157通過同步SPI接口進(jìn)行通信，采用3線SPI通信接口（SIMO、SOMI、CLK），可使用BUSY輸出進(jìn)行同步。SPI通信由微控制器發(fā)起，根據(jù)不同的命令類型（如應(yīng)答器訪問命令、增強(qiáng)命令等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和操作。

測試命令

測試接口用于在生產(chǎn)過程中將諧振頻率調(diào)整到134.2kHz，包括輸入引腳TEN和TCLK以及雙向引腳TDAT。通過特定的測試模式（如PTx18、PTx14、PTx16）可進(jìn)行諧振頻率測量、EEPROM編程和調(diào)制頻率檢查等操作。

CRC計(jì)算

TMS37157在數(shù)據(jù)接收和傳輸過程中使用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）生成器生成16位塊校驗(yàn)字符（BCC），采用CRC - CCITT算法。在寫入和讀取操作中，CRC計(jì)算的啟動和驗(yàn)證方式不同，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

應(yīng)用電路示例

僅需少量額外組件即可使用TMS37157，文檔中給出了兩種典型的應(yīng)用電路。一種是微控制器直接連接電池的應(yīng)用電路，可用于傳感器和數(shù)據(jù)記錄器，數(shù)據(jù)可通過低頻接口讀??；另一種是微控制器連接TMS37157的VBATI輸出的應(yīng)用電路，適用于低功耗傳感器，外部中斷可喚醒微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和存儲，整體系統(tǒng)功耗低至約60nA。

TMS37157憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和完善的通信機(jī)制，為電子工程師在設(shè)計(jì)低功耗、高性能系統(tǒng)時(shí)提供了一個強(qiáng)大而可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可根據(jù)具體需求，充分發(fā)揮TMS37157的優(yōu)勢，打造出更具創(chuàng)新性和競爭力的產(chǎn)品。大家在使用TMS37157的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有獨(dú)特的應(yīng)用思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。