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技術的應用愈發(fā)廣泛。今天，我們就來詳細探討德州儀器（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)。這兩款設備在功能、性能和應用方面都有很多值得我們關注的地方。

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1. 設備概述

1.1 特性亮點

TRF7960和TRF7961具有諸多令人矚目的特性。首先，它們實現(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)，同時支持接收器AM和PM接收信號強度指示（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，它減少了總物料清單（BOM）和電路板面積。僅需一個外部13.56-MHz晶體振蕩器，MCU還可選擇RF、RF/2或RF/4的時鐘頻率輸出，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。

該設備使用方便且靈活性高，每個支持的ISO協(xié)議都有自動配置的默認模式，還有12個用戶可編程寄存器，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，待機模式電流為120 μA，僅接收（RX）的活動模式電流為10 mA。此外，它還支持與MCU通過12字節(jié)FIFO的并行8位或串行4引腳串行外設接口（SPI）通信，采用超小的32引腳QFN封裝（5 mm × 5 mm）。

1.2 廣泛應用

TRF7960和TRF7961的應用場景十分廣泛，涵蓋安全訪問控制、產(chǎn)品認證、醫(yī)療系統(tǒng)以及公共交通或活動票務等領域。在這些應用中，其高性能和可靠性能夠確保數(shù)據(jù)的準確讀取和傳輸。

1.3 詳細描述

這兩款設備是支持多種協(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，還可直接訪問所有控制寄存器，根據(jù)需要微調(diào)各種讀取器參數(shù)。

設備支持高達848 kbps的數(shù)據(jù)速率，所有ISO協(xié)議的幀和同步任務都在板上完成。對于其他標準甚至自定義協(xié)議，可使用設備提供的直接模式實現(xiàn)。這些直接模式讓應用程序能完全控制模擬前端（AFE），還可訪問原始子載波數(shù)據(jù)或未加幀但已符合ISO格式的數(shù)據(jù)以及相關（提取）的時鐘信號。

接收器系統(tǒng)采用雙輸入接收器架構，以最大化通信魯棒性，還包括各種自動和手動增益控制選項。通過RSSI寄存器可獲取來自應答器、環(huán)境源或內(nèi)部電平的接收信號強度。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，發(fā)送和接收功能使用12字節(jié)FIFO寄存器。對于直接發(fā)送或接收功能，可繞過編碼器或解碼器，讓MCU實時處理數(shù)據(jù)。

2. 技術規(guī)格

2.1 絕對最大額定值和ESD額定值

設備的絕對最大額定值規(guī)定了其在極端條件下的承受能力，如存儲溫度范圍為 -55°C至150°C，引腳溫度在離外殼1.6 mm處10秒內(nèi)可達300°C。靜電放電（ESD）額定值方面，人體模型（HBM）為±2000 V，充電設備模型（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、待機模式下的電源電流等。此外，還規(guī)定了帶隙電壓、上電復位（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

熱阻特性對于設備的散熱設計至關重要。該設備的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時為2.7 W，TA = 85°C時為1.1 W。這意味著在設計電路板時，需要采取適當?shù)纳岽胧?，以確保設備在正常溫度范圍內(nèi)工作。

3. 詳細功能解析

3.1 電源供應

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行電源噪聲濾波，為RFID讀取器系統(tǒng)提供增強的PSRR。穩(wěn)壓器可自動或手動配置，自動模式是默認配置，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現(xiàn)最佳折衷。

3.2 接收器部分

3.2.1 模擬部分

TRF796x有兩個接收器輸入RX_IN1和RX_IN2，連接到外部濾波器，確保標簽的AM調(diào)制信號至少在其中一個輸入上可用。外部濾波器為RX_IN2輸入提供45°相移，以便進一步處理標簽的PM調(diào)制信號。兩個RX輸入通過控制位B3（pm_on）在主接收器和輔助接收器之間進行多路復用。主接收器由RF檢測級、增益、帶自動增益控制（AGC）的濾波和數(shù)字化級組成，還包括RSSI測量級；輔助接收器主要用于測量調(diào)制信號的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，當檢測到位碰撞時，會發(fā)送中斷請求并在IRQ狀態(tài)寄存器中設置標志。此外，接收部分還有兩個定時器，RX等待時間定時器和RX無響應定時器，分別用于防止發(fā)送操作后的瞬態(tài)干擾導致的錯誤檢測和檢測標簽無響應的情況。

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輸出級生成RF信號，同時為數(shù)字部分和SYS_CLK引腳提供時鐘信號。在部分掉電模式下，SYS_CLK頻率為60 kHz，正常讀取器操作時，可通過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，需用復位命令（0x0F）清除FIFO。數(shù)據(jù)傳輸通過選擇命令啟動，MCU發(fā)送連續(xù)寫入命令，從寄存器1Dh開始寫入TX長度字節(jié)，然后將FIFO數(shù)據(jù)加載到寄存器1Fh。傳輸長度字節(jié)和FIFO可通過連續(xù)寫入命令加載，因為地址是連續(xù)的。協(xié)議由ISO控制寄存器選擇，讀取器會自動添加所有特殊信號，如通信開始、結(jié)束、SOF、EOF、奇偶校驗位和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）可繞過協(xié)議實現(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)議的子載波信號解碼器，接收輸出為串行數(shù)據(jù)和位時鐘。使用直接模式時，需先在ISO控制寄存器中寫入B6選擇進入的模式，然后在芯片狀態(tài)控制寄存器中將B6（direct）設置為1，直接模式即可立即啟動。

3.5 寄存器描述

設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)寄存器用于報告通過FIFO傳輸?shù)耐暾止?jié)的低半字節(jié)、關于不完整字節(jié)的信息以及要傳輸?shù)奈粩?shù)等。

3.6 直接命令

MCU可通過直接命令控制讀取器，如復位FIFO、帶CRC或不帶CRC的傳輸、延遲傳輸?shù)?。這些命令可實現(xiàn)讀取器的各種操作，提高設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接口（SPI），兩種模式相互排斥，應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)定進行硬連線。通信通過起始條件和地址/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. 應用與布局

4.1 應用原理圖

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

4.2 設備和文檔支持

TI為TRF7960和TRF7961提供了豐富的支持資源，包括設計套件、評估模塊、軟件等。同時，還提供了詳細的文檔，如應用筆記、固件描述等，幫助工程師更好地理解和使用設備。

5. 總結(jié)與思考

TRF7960和TRF7961在RFID領域展現(xiàn)出了強大的實力。其高集成度、豐富的功能和廣泛的應用場景使其成為電子工程師設計RFID系統(tǒng)的理想選擇。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置設備的參數(shù)，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，要注意設備的電源供應、散熱設計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備的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。