深入剖析TRF7960與TRF7961：13.56-MHz RFID的理想之選

在電子工程師的日常工作中，RFID技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討德州儀器（TI）的TRF7960和TRF7961這兩款13.56-MHz RFID模擬前端和數(shù)據(jù)幀讀取器系統(tǒng)。這兩款設(shè)備在功能、性能和應(yīng)用方面都有很多值得我們關(guān)注的地方。

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1. 設(shè)備概述

1.1 特性亮點(diǎn)

TRF7960和TRF7961具有諸多令人矚目的特性。首先，它們實(shí)現(xiàn)了完全集成的協(xié)議處理，模擬、數(shù)字和功率放大器（PA）部分采用獨(dú)立的內(nèi)部高電源抑制比（PSRR）電源，有效提供噪聲隔離，從而實(shí)現(xiàn)卓越的讀取范圍和可靠性。雙接收器輸入搭配AM和PM解調(diào)功能，能最大程度減少通信盲區(qū)，同時(shí)支持接收器AM和PM接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）以及讀取器間的防碰撞功能。

高集成度也是其一大優(yōu)勢(shì)，它減少了總物料清單（BOM）和電路板面積。僅需一個(gè)外部13.56-MHz晶體振蕩器，MCU還可選擇RF、RF/2或RF/4的時(shí)鐘頻率輸出，并且提供可調(diào)的20-mA高PSRR低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）為外部MCU供電。

該設(shè)備使用方便且靈活性高，每個(gè)支持的ISO協(xié)議都有自動(dòng)配置的默認(rèn)模式，還有12個(gè)用戶可編程寄存器，可選擇接收器增益、可編程輸出功率（100 mW或200 mW）、可調(diào)ASK調(diào)制范圍（8% - 30%）以及內(nèi)置帶用戶可選擇轉(zhuǎn)角頻率的接收器帶通濾波器。其工作電壓范圍為2.7 V至5.5 V，具備超低功耗模式，如掉電模式電流小于1 μA，待機(jī)模式電流為120 μA，僅接收（RX）的活動(dòng)模式電流為10 mA。此外，它還支持與MCU通過(guò)12字節(jié)FIFO的并行8位或串行4引腳串行外設(shè)接口（SPI）通信，采用超小的32引腳QFN封裝（5 mm × 5 mm）。

1.2 廣泛應(yīng)用

TRF7960和TRF7961的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋安全訪問(wèn)控制、產(chǎn)品認(rèn)證、醫(yī)療系統(tǒng)以及公共交通或活動(dòng)票務(wù)等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，其高性能和可靠性能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀取和傳輸。

1.3 詳細(xì)描述

這兩款設(shè)備是支持多種協(xié)議的13.56-MHz RFID讀取器系統(tǒng)的集成模擬前端和數(shù)據(jù)幀系統(tǒng)，支持的協(xié)議包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa?以及ISO/IEC 15693。通過(guò)在控制寄存器中選擇所需協(xié)議即可配置讀取器，還可直接訪問(wèn)所有控制寄存器，根據(jù)需要微調(diào)各種讀取器參數(shù)。

設(shè)備支持高達(dá)848 kbps的數(shù)據(jù)速率，所有ISO協(xié)議的幀和同步任務(wù)都在板上完成。對(duì)于其他標(biāo)準(zhǔn)甚至自定義協(xié)議，可使用設(shè)備提供的直接模式實(shí)現(xiàn)。這些直接模式讓應(yīng)用程序能完全控制模擬前端（AFE），還可訪問(wèn)原始子載波數(shù)據(jù)或未加幀但已符合ISO格式的數(shù)據(jù)以及相關(guān)（提?。┑臅r(shí)鐘信號(hào)。

接收器系統(tǒng)采用雙輸入接收器架構(gòu)，以最大化通信魯棒性，還包括各種自動(dòng)和手動(dòng)增益控制選項(xiàng)。通過(guò)RSSI寄存器可獲取來(lái)自應(yīng)答器、環(huán)境源或內(nèi)部電平的接收信號(hào)強(qiáng)度。MCU與TRF796x讀取器之間可使用SPI或并行接口通信，使用內(nèi)置硬件編碼器和解碼器時(shí)，發(fā)送和接收功能使用12字節(jié)FIFO寄存器。對(duì)于直接發(fā)送或接收功能，可繞過(guò)編碼器或解碼器，讓MCU實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。

2. 技術(shù)規(guī)格

2.1 絕對(duì)最大額定值和ESD額定值

設(shè)備的絕對(duì)最大額定值規(guī)定了其在極端條件下的承受能力，如存儲(chǔ)溫度范圍為 -55°C至150°C，引腳溫度在離外殼1.6 mm處10秒內(nèi)可達(dá)300°C。靜電放電（ESD）額定值方面，人體模型（HBM）為±2000 V，充電設(shè)備模型（CDM）為±500 V。

2.2 推薦工作條件和電氣特性

推薦工作條件下，設(shè)備的性能表現(xiàn)最佳。電氣特性包括不同模式下的電源電流，如掉電模式下的電源電流、待機(jī)模式下的電源電流等。此外，還規(guī)定了帶隙電壓、上電復(fù)位（POR）電壓、調(diào)節(jié)后的模擬電路電源電壓等參數(shù)。

2.3 熱阻特性

熱阻特性對(duì)于設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要。該設(shè)備的RHB（32）封裝的熱阻參數(shù)RθJC為31°C/W，RθJA為36.4°C/W，功率額定值在環(huán)境溫度TA ≤ 25°C時(shí)為2.7 W，TA = 85°C時(shí)為1.1 W。這意味著在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?，以確保設(shè)備在正常溫度范圍內(nèi)工作。

3. 詳細(xì)功能解析

3.1 電源供應(yīng)

正電源引腳VIN（引腳2）的輸入電壓范圍為2.7 V至5.5 V，為三個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器供電，輸出電壓分別為VDD_RF、VDD_A和VDD_X，這些穩(wěn)壓器使用外部旁路電容進(jìn)行電源噪聲濾波，為RFID讀取器系統(tǒng)提供增強(qiáng)的PSRR。穩(wěn)壓器可自動(dòng)或手動(dòng)配置，自動(dòng)模式是默認(rèn)配置，能確保在穩(wěn)壓器PSRR和RF輸出功率的最高可能電源電壓之間實(shí)現(xiàn)最佳折衷。

3.2 接收器部分

3.2.1 模擬部分

TRF796x有兩個(gè)接收器輸入RX_IN1和RX_IN2，連接到外部濾波器，確保標(biāo)簽的AM調(diào)制信號(hào)至少在其中一個(gè)輸入上可用。外部濾波器為RX_IN2輸入提供45°相移，以便進(jìn)一步處理標(biāo)簽的PM調(diào)制信號(hào)。兩個(gè)RX輸入通過(guò)控制位B3（pm_on）在主接收器和輔助接收器之間進(jìn)行多路復(fù)用。主接收器由RF檢測(cè)級(jí)、增益、帶自動(dòng)增益控制（AGC）的濾波和數(shù)字化級(jí)組成，還包括RSSI測(cè)量級(jí)；輔助接收器主要用于測(cè)量調(diào)制信號(hào)的RSSI。

3.2.2 數(shù)字部分

數(shù)字部分的ISO控制寄存器（地址0x01）是接收器數(shù)字部分的主要控制寄存器，通過(guò)寫入該寄存器可選擇要使用的協(xié)議。接收部分還支持位碰撞檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到位碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)送中斷請(qǐng)求并在IRQ狀態(tài)寄存器中設(shè)置標(biāo)志。此外，接收部分還有兩個(gè)定時(shí)器，RX等待時(shí)間定時(shí)器和RX無(wú)響應(yīng)定時(shí)器，分別用于防止發(fā)送操作后的瞬態(tài)干擾導(dǎo)致的錯(cuò)誤檢測(cè)和檢測(cè)標(biāo)簽無(wú)響應(yīng)的情況。

3.3 發(fā)射器部分

3.3.1 模擬部分

13.56-MHz晶體振蕩器直接為RF輸出級(jí)生成RF信號(hào)，同時(shí)為數(shù)字部分和SYS_CLK引腳提供時(shí)鐘信號(hào)。在部分掉電模式下，SYS_CLK頻率為60 kHz，正常讀取器操作時(shí)，可通過(guò)Modulator和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）的位B4和B5編程為13.56 MHz、6.78 MHz或3.39 MHz。

3.3.2 數(shù)字部分

數(shù)據(jù)傳輸前，需用復(fù)位命令（0x0F）清除FIFO。數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)選擇命令啟動(dòng)，MCU發(fā)送連續(xù)寫入命令，從寄存器1Dh開(kāi)始寫入TX長(zhǎng)度字節(jié)，然后將FIFO數(shù)據(jù)加載到寄存器1Fh。傳輸長(zhǎng)度字節(jié)和FIFO可通過(guò)連續(xù)寫入命令加載，因?yàn)榈刂肥沁B續(xù)的。協(xié)議由ISO控制寄存器選擇，讀取器會(huì)自動(dòng)添加所有特殊信號(hào)，如通信開(kāi)始、結(jié)束、SOF、EOF、奇偶校驗(yàn)位和CRC字節(jié)。

3.4 直接模式

直接模式支持兩種配置。直接模式0（ISO控制寄存器的位B6 = 0）可繞過(guò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)，僅使用讀取器的前端功能；直接模式1（ISO控制寄存器的位B6 = 1）使用所選協(xié)議的子載波信號(hào)解碼器，接收輸出為串行數(shù)據(jù)和位時(shí)鐘。使用直接模式時(shí)，需先在ISO控制寄存器中寫入B6選擇進(jìn)入的模式，然后在芯片狀態(tài)控制寄存器中將B6（direct）設(shè)置為1，直接模式即可立即啟動(dòng)。

3.5 寄存器描述

設(shè)備的寄存器包括控制寄存器、狀態(tài)寄存器、FIFO控制寄存器等。不同的寄存器用于配置設(shè)備的各種功能，如ISO控制寄存器用于選擇協(xié)議，IRQ狀態(tài)寄存器用于顯示中斷原因和TX、RX狀態(tài)，F(xiàn)IFO狀態(tài)寄存器用于報(bào)告通過(guò)FIFO傳輸?shù)耐暾止?jié)的低半字節(jié)、關(guān)于不完整字節(jié)的信息以及要傳輸?shù)奈粩?shù)等。

3.6 直接命令

MCU可通過(guò)直接命令控制讀取器，如復(fù)位FIFO、帶CRC或不帶CRC的傳輸、延遲傳輸?shù)?。這些命令可實(shí)現(xiàn)讀取器的各種操作，提高設(shè)備的靈活性和可操作性。

3.7 讀取器通信接口

讀取器的通信接口可配置為并行8引腳接口或串行外設(shè)接口（SPI），兩種模式相互排斥，應(yīng)用中一次只能使用一種模式。SPI模式下，未使用的I/O引腳需根據(jù)規(guī)定進(jìn)行硬連線。通信通過(guò)起始條件和地址/命令字初始化，地址模式用于讀寫配置寄存器或FIFO，命令模式用于執(zhí)行讀取器操作。

4. 應(yīng)用與布局

4.1 應(yīng)用原理圖

文檔提供了并行通信和SPI通信的應(yīng)用原理圖，為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，可根據(jù)具體需求選擇合適的通信模式，并參考原理圖進(jìn)行布局。

4.2 設(shè)備和文檔支持

TI為TRF7960和TRF7961提供了豐富的支持資源，包括設(shè)計(jì)套件、評(píng)估模塊、軟件等。同時(shí)，還提供了詳細(xì)的文檔，如應(yīng)用筆記、固件描述等，幫助工程師更好地理解和使用設(shè)備。

5. 總結(jié)與思考

TRF7960和TRF7961在RFID領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的實(shí)力。其高集成度、豐富的功能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景使其成為電子工程師設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置設(shè)備的參數(shù)，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意設(shè)備的電源供應(yīng)、散熱設(shè)計(jì)以及通信接口的選擇和配置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用這兩款設(shè)備的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。