深入解析TRF7964A：13.56-MHz RFID讀寫器IC的卓越之選

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)作為一種重要的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。TI（德州儀器）推出的TRF7964A多協(xié)議全集成13.56-MHz RFID讀寫器IC，以其強(qiáng)大的功能和出色的性能，成為眾多工程師的首選。下面就帶大家深入了解這款I(lǐng)C。

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一、器件概述

（一）功能特性

TRF7964A具有諸多令人矚目的特性。它能對(duì)ISO/IEC 15693、ISO/IEC 18000-3、ISO/IEC 14443 A和B以及FeliCa?等協(xié)議進(jìn)行完全集成處理，還集成了用于ISO/IEC 14443 A防沖突（破碎字節(jié)）操作的狀態(tài)機(jī)。輸入電壓范圍為2.7 VDC到5.5 VDC，可編程輸出功率分別為+20 dBm（100 mW）和+23 dBm（200 mW），可靈活滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)功率的需求?？删幊痰腎/O電壓電平范圍從1.8 VDC到5.5 VDC，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率輸出也可編程（RF、RF/2、RF/4），能從13.56-MHz或27.12-MHz的晶體或振蕩器獲取信號(hào)。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了公共交通或票務(wù)、護(hù)照或支付（POS）讀取系統(tǒng)、產(chǎn)品識(shí)別或認(rèn)證、醫(yī)療設(shè)備或耗材、門禁控制、數(shù)字門鎖等。在公共交通中，可實(shí)現(xiàn)快速的車票識(shí)別和驗(yàn)證；在醫(yī)療領(lǐng)域，能對(duì)醫(yī)療設(shè)備和耗材進(jìn)行精準(zhǔn)管理。

（三）詳細(xì)描述

該器件是一個(gè)集成了模擬前端（AFE）和多協(xié)議數(shù)據(jù)幀處理的設(shè)備，支持ISO/IEC 14443 A和B、Sony FeliCa以及ISO/IEC 15693協(xié)議，與TRF7970A引腳和固件兼容。通過在控制寄存器中選擇所需協(xié)議進(jìn)行配置，可直接訪問所有控制寄存器，對(duì)各種讀取器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。它支持高達(dá)848 kbps的數(shù)據(jù)速率，內(nèi)置了所有ISO協(xié)議的數(shù)據(jù)幀和同步任務(wù)。還可通過直接模式實(shí)現(xiàn)其他標(biāo)準(zhǔn)甚至自定義協(xié)議，讓用戶能完全控制AFE，并獲取原始子載波數(shù)據(jù)或未加幀但已符合ISO格式的數(shù)據(jù)及相關(guān)的提取時(shí)鐘信號(hào)。

二、關(guān)鍵特性詳解

（一）電源管理

TRF7964A的電源管理設(shè)計(jì)精巧。其正電源輸入VIN（引腳2）為三個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器供電，這些穩(wěn)壓器使用外部旁路電容進(jìn)行電源噪聲濾波，提供了高電源抑制比（PSRR）。穩(wěn)壓器的輸出電壓設(shè)置由寄存器0x0B中的公共控制位控制，可配置為自動(dòng)或手動(dòng)模式。自動(dòng)模式確保了PSRR和RF輸出的最大可能電源電壓之間的最佳折衷；手動(dòng)模式則允許用戶根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)配置穩(wěn)壓器設(shè)置，例如在可能受到外部噪聲影響的應(yīng)用中，手動(dòng)降低穩(wěn)壓器設(shè)置可提高RF性能。

電源放大器由VDD_PA（引腳4）供電，該引腳外部連接到穩(wěn)壓器輸出VDD_RF（引腳3）。I/O電平轉(zhuǎn)換器有單獨(dú)的電源輸入VDD_I/O（引腳16），支持的輸入電壓范圍從1.8 V到VIN，不超過5.5 V，通常直接連接到VIN，以確保MCU的I/O信號(hào)電平與TRF7964A的邏輯電平匹配。

（二）接收器設(shè)計(jì)

1. 模擬部分

TRF7964A有兩個(gè)接收器輸入RX_IN1（引腳8）和RX_IN2（引腳9），每個(gè)輸入都連接到外部電容分壓器，以確保從標(biāo)簽接收到的調(diào)制信號(hào)至少能在其中一個(gè)輸入上可用，消除了通信中的“讀孔”問題。這兩個(gè)輸入被多路復(fù)用到主接收器和輔助接收器中，主接收器用于接收信號(hào)，輔助接收器用于信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。主接收器由RF包絡(luò)檢測(cè)、第一增益和帶通濾波階段、第二增益和AGC濾波階段組成，并連接到數(shù)字化階段和數(shù)字處理塊，還帶有RSSI測(cè)量階段，用于測(cè)量解調(diào)信號(hào)（子載波信號(hào)）的強(qiáng)度。輔助接收器主要用于監(jiān)測(cè)RX信號(hào)質(zhì)量，通過測(cè)量解調(diào)子載波信號(hào)的RSSI（內(nèi)部RSSI）來實(shí)現(xiàn)。

2. 數(shù)字部分

數(shù)字接收器塊主要由協(xié)議位解碼器部分和幀邏輯部分組成。協(xié)議位解碼器部分將子載波編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行位流和數(shù)據(jù)時(shí)鐘，具有最大的容錯(cuò)能力，能成功解碼部分損壞的子載波信號(hào)。幀邏輯部分將協(xié)議位解碼器階段的串行位流數(shù)據(jù)格式化為數(shù)據(jù)字節(jié)，自動(dòng)去除特殊信號(hào)（如幀開始（SOF）、幀結(jié)束（EOF）、通信開始和結(jié)束），檢查并去除奇偶校驗(yàn)位和CRC字節(jié)，最終將“干凈”的數(shù)據(jù)發(fā)送到127字節(jié)的FIFO寄存器，供外部微控制器系統(tǒng)讀取。

（三）發(fā)射器設(shè)計(jì)

1. 模擬部分

13.56-MHz的振蕩器為功率放大器（PA）階段生成RF信號(hào)，功率放大器的驅(qū)動(dòng)器輸出電阻可選擇為標(biāo)稱4 Ω或8 Ω。發(fā)射功率水平由芯片狀態(tài)控制寄存器（0x00）中的位B4設(shè)置，在5-V自動(dòng)操作配置下，發(fā)射功率可在100 mW（半功率）或200 mW（全功率）之間選擇；在3-V自動(dòng)操作配置下，可在33 mW（半功率）或70 mW（全功率）之間選擇。ASK調(diào)制深度由調(diào)制器和SYS_CLK控制寄存器（0x09）中的位B0、B1和B2控制，范圍可在7%到30%或100%（OOK）之間調(diào)整。

2. 數(shù)字部分

發(fā)射器的數(shù)字部分與接收器相對(duì)應(yīng)，ISO控制寄存器（0x01）的設(shè)置同樣適用于發(fā)射器。在默認(rèn)模式下，TRF7964A會(huì)自動(dòng)添加特殊信號(hào)，如通信開始、通信結(jié)束、SOF、EOF、奇偶校驗(yàn)位和CRC字節(jié)。數(shù)據(jù)被編碼為調(diào)制脈沖電平后發(fā)送到RF輸出階段的調(diào)制控制單元。

（四）通信接口

TRF7964A與讀取器的通信接口可配置為兩種方式：八線并行接口（D0:D7）加DATA_CLK，或4線串行外設(shè)接口（SPI）。這兩種通信模式互斥，應(yīng)用中一次只能使用一種模式。當(dāng)選擇SPI接口時(shí)，未使用的I/O_2、I/O_1和I/O_0引腳必須按照特定方式硬連線。TRF7964A始終作為從設(shè)備，微控制器（MCU）作為主設(shè)備，MCU發(fā)起與TRF7964A的所有通信，TRF7964A通過中斷請(qǐng)求（IRQ）引腳在并行和SPI模式下提示MCU進(jìn)行服務(wù)處理。

三、寄存器配置與應(yīng)用

（一）寄存器預(yù)設(shè)

上電且EN引腳從低到高轉(zhuǎn)換后，讀取器處于默認(rèn)模式，默認(rèn)配置為ISO/IEC 15693、單載波、高數(shù)據(jù)速率、1/4操作。當(dāng)進(jìn)入另一個(gè)協(xié)議時(shí)，低級(jí)別選項(xiàng)寄存器（0x02到0x0B）會(huì)自動(dòng)配置為新協(xié)議參數(shù)，但更改協(xié)議后再返回，會(huì)重新加載默認(rèn)設(shè)置，因此自定義設(shè)置需要重新加載。不過，定義微控制器頻率的Clo0和Clo1寄存器（0x09）位在協(xié)議選擇期間不會(huì)被清除。

（二）常用寄存器功能

1. 芯片狀態(tài)控制寄存器（0x00）

用于控制功率模式、RF開關(guān)、主動(dòng)或被動(dòng)模式以及直接模式等。例如，位B7可設(shè)置待機(jī)模式或主動(dòng)模式，位B6可提供用戶直接訪問AFE（直接模式0）或允許用戶添加自定義幀（直接模式1），位B5可控制RF輸出的開啟和關(guān)閉，位B4可選擇發(fā)射功率為半功率還是全功率等。

2. ISO控制寄存器（0x01）

控制ISO標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的選擇、直接模式和接收CRC。通過設(shè)置該寄存器的不同位，可以選擇不同的ISO協(xié)議，如ISO/IEC 15693、ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa等，并可選擇是否接收CRC。

3. 調(diào)制器和SYS_CLK控制寄存器（0x09）

控制調(diào)制輸入和深度、ASK/OOK控制以及向外部系統(tǒng)（MCU）輸出時(shí)鐘。通過設(shè)置該寄存器的位B4和B5，可對(duì)SYS_CLK（引腳27）的頻率進(jìn)行編程，將TRF7964A系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器的頻率除以1、2或4，得到不同的SYS_CLK頻率；位B0、B1和B2可控制ASK調(diào)制深度；位B6可啟用外部選擇ASK或OOK調(diào)制。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)與布局考慮

（一）SPI接口應(yīng)用設(shè)計(jì)

使用SPI接口時(shí)，要注意SPI線路應(yīng)盡量短，射頻線路要進(jìn)行適當(dāng)隔離，并有合適的接地面積，以避免干擾。推薦DATA_CLK線上的時(shí)鐘頻率為2 MHz。同時(shí)，要考慮匹配到50-Ω端口，以便連接到適當(dāng)匹配的50-Ω天線電路或RF測(cè)量設(shè)備。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)MCU的要求不同，如果只需要支持一種ISO協(xié)議或協(xié)議的有限命令集，MCU的Flash和RAM要求可顯著降低；而遞歸庫(kù)存和防沖突命令則需要更多的RAM。

（二）布局注意事項(xiàng)

布局時(shí)，要將所有去耦電容盡量靠近IC，高頻去耦電容（10 nF）應(yīng)比低頻去耦電容（2.2 μF）更靠近IC。接地過孔要盡量靠近電容的接地端和讀取器IC引腳，以減少可能的接地環(huán)路。TI建議不使用小于0603的電感，若必須使用，需在最終應(yīng)用中確認(rèn)輸出性能。要密切關(guān)注晶體所需的負(fù)載電容，并相應(yīng)調(diào)整兩個(gè)外部并聯(lián)電容。數(shù)字和模擬部分應(yīng)有公共接地平面，多個(gè)接地部分或島之間應(yīng)通過過孔連接。要確保讀取器IC中心的暴露散熱墊正確布局，將其連接到接地以幫助散熱。所有走線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，特別是RF輸出路徑、晶體連接和讀取器到微處理器的控制線路。避免數(shù)字線在RF信號(hào)線下方交叉，盡量避免數(shù)字線與其他數(shù)字線交叉，若無法避免，應(yīng)使用90°交叉以減少線路耦合。根據(jù)生產(chǎn)測(cè)試計(jì)劃，考慮可能的測(cè)試焊盤或測(cè)試過孔的實(shí)現(xiàn)，以方便訪問測(cè)試點(diǎn)。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，要采取特殊措施確保電源線路中沒有噪聲耦合，必要時(shí)使用特殊濾波或調(diào)節(jié)器。

五、總結(jié)與展望

TRF7964A憑借其豐富的功能特性、出色的性能和靈活的配置選項(xiàng)，為RFID讀寫器設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求，合理配置寄存器，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和布局，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢(shì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛，TRF7964A有望在更多領(lǐng)域展現(xiàn)其卓越的價(jià)值。大家在使用過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。