探秘PN7160/PN7161 NFC控制器：設(shè)計(jì)、特性與應(yīng)用

一、引言

在當(dāng)今的科技世界里，近場(chǎng)通信（NFC）技術(shù)已經(jīng)無處不在，它為移動(dòng)支付、數(shù)據(jù)傳輸、智能設(shè)備交互等領(lǐng)域帶來了極大的便利。NXP的PN7160和PN7161 NFC控制器，憑借其強(qiáng)大的功能和出色的性能，在眾多NFC解決方案中脫穎而出。今天，我們就來深入了解一下這兩款控制器。

文件下載：PN7161B1EV C100Y.pdf

二、產(chǎn)品概述

2.1 總體介紹

PN7160和PN7161是帶有NCI接口和集成固件的NFC控制器。其中，PN7161在PN7160的基礎(chǔ)上，還支持蘋果的“Enhanced Contactless Polling”（ECP）功能，但該功能需正式授權(quán)后才可使用。在后續(xù)的文檔描述中，若無特殊說明，PN7160將指代PN7160和PN7161。

2.2 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

PN7160專為集成在移動(dòng)設(shè)備和符合NFC標(biāo)準(zhǔn)（NFC Forum、NCI）的設(shè)備而設(shè)計(jì)。它基于NXP上一代NFC設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)，具備諸多優(yōu)勢(shì)：

• 低PCB占用面積和減少外部物料清單：有助于減小設(shè)備體積，降低成本。
• 優(yōu)化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)低功耗：在不同模式（如待機(jī)、低功耗輪詢循環(huán)）下均可有效降低功耗。
• 高效集成電源管理單元：允許直接從2.8V至5.5V的擴(kuò)展電池供電范圍獲取電源，還支持外接如NXP PCA941xA的DC - DC轉(zhuǎn)換器以提供更多輸出功率。

2.3 射頻前端特性

PN7160嵌入了新一代射頻非接觸式前端，支持多種傳輸模式，如NFCIP - 1、NFCIP - 2、ISO/IEC14443、ISO/IEC 15693、MIFARE和FeliCa等規(guī)范。其優(yōu)勢(shì)在于：

• 高性能：一方面具有更高的靈敏度，另一方面能夠在有源負(fù)載調(diào)制通信中工作，支持小天線形狀因子。
• 高輸出功率：通過從2.7V至5.25V為發(fā)射機(jī)輸出級(jí)供電，可提供更高的輸出功率，達(dá)到1.3W。
• 靈活的負(fù)載調(diào)制：具備增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)制幅度（DLMA）功能，可根據(jù)外部場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)化和增強(qiáng)負(fù)載調(diào)制幅度，在卡模式下實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離；還能對(duì)A、B和F類型進(jìn)行獨(dú)立的LMA相位調(diào)整，步長為5°。
• 動(dòng)態(tài)功率控制：在讀取器模式下可充分利用最大功率，同時(shí)不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的零距離最大允許功率。
• 高靈敏度接收：卡模式接收機(jī)靈敏度達(dá)到20mV?????，并支持單端接收機(jī)。

三、功能特性與優(yōu)勢(shì)

3.1 高度集成的模塊

PN7160擁有高度集成的解調(diào)器和解碼器、帶緩沖的輸出驅(qū)動(dòng)器，可使用最少的外部組件連接天線。此外，還集成了RF電平檢測(cè)器和自動(dòng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)的輪詢循環(huán)，大大簡化了設(shè)計(jì)過程。

3.2 廣泛的協(xié)議支持

RF協(xié)議方面，它支持眾多標(biāo)準(zhǔn)和模式，包括ISO/IEC 14443A、B的PICC和PCD模式、FeliCa PCD模式、MIFARE PCD加密機(jī)制（MIFARE 1K/4K）、NFC Forum標(biāo)簽T1T - T5T、NFCIP - 1和NFCIP - 2協(xié)議、NFC Forum P2P、讀取器和卡模式認(rèn)證以及ISO/IEC 15693/ICODE VCD模式等。PN7161還支持蘋果的“Enhanced Contactless Polling”。

3.3 豐富的主機(jī)接口

支持NCI協(xié)議接口（符合NFC Forum標(biāo)準(zhǔn)化）、I2C - bus高速模式和SPI - bus，并且通過靈活的時(shí)鐘供應(yīng)概念，便于與其他設(shè)備集成。內(nèi)部振蕩器可連接27.12MHz晶體，集成的PLL單元可利用設(shè)備參考時(shí)鐘，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

3.4 智能電源管理

集成的電源管理單元可直接連接電池（2.5V至5.5V電壓供應(yīng)范圍），支持不同的低功耗狀態(tài)配置，如硬電源關(guān)閉狀態(tài)和由固件激活的待機(jī)狀態(tài)。即使主機(jī)關(guān)閉，也能進(jìn)入自主模式，并可通過RF場(chǎng)、內(nèi)部定時(shí)器和主機(jī)接口自動(dòng)喚醒。

3.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與安全

集成非易失性存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和可執(zhí)行代碼以實(shí)現(xiàn)定制化功能，還具備抗撕裂支持，確保在撕裂事件發(fā)生后能正?；謴?fù)。

3.6 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性

完全符合NFC Forum設(shè)備要求和NCI 2.0標(biāo)準(zhǔn)，保證了其在NFC生態(tài)系統(tǒng)中的兼容性和互操作性。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

PN7160/PN7161的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了以下領(lǐng)域：

• 移動(dòng)設(shè)備：如智能手機(jī)、平板電腦等，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/li>
• 便攜式設(shè)備：包括個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦、可穿戴設(shè)備等，為設(shè)備之間的近距離交互提供支持。
• 消費(fèi)設(shè)備：如智能家電、智能家居等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能控制和互聯(lián)。
• 智能家居網(wǎng)關(guān)：作為智能家居系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的通信和管理。

五、性能參數(shù)速覽

六、固件版本

6.1 版本12.50.09

• 支持在自主NDEF模式下從NFC進(jìn)行NDEF寫入。
• 在EMVCo配置文件中支持ECP（僅PN7161）。
• 優(yōu)化了啟用ECP時(shí)的卡移除程序（僅PN7161）。
• 為ISO/IEC 15693添加了PRBS支持。此版本僅作為固件更新文件提供，硬件上不可用。

6.2 版本12.50.06

• 進(jìn)行了更改以支持NFC Forum CR12。
• 添加了用于配置動(dòng)態(tài)功率控制（DPC）的輔助命令。同樣，此版本僅作為固件更新文件提供，硬件上不可用。

6.3 版本12.50.05

這是初始版本，生產(chǎn)樣品將搭載此版本的固件。

七、訂購信息

PN7160和PN7161有不同的封裝和配置可供選擇，如VFBGA64和HVQFN40封裝。同時(shí)，不同的型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的控制接口（I2C - bus或SPI - bus）和固件版本。具體的產(chǎn)品變體和訂購信息可參考文檔中的詳細(xì)表格。

八、標(biāo)記信息

8.1 VFBGA64封裝標(biāo)記

標(biāo)記信息包含產(chǎn)品版本標(biāo)識(shí)、擴(kuò)散批次序列號(hào)、組裝批次ID、制造代碼等，通過不同的行進(jìn)行區(qū)分，其中制造代碼還包含擴(kuò)散中心代碼、組裝中心代碼、RoHS合規(guī)指示符、制造年份和周以及產(chǎn)品生命周期狀態(tài)代碼。

8.2 HVQFN40封裝標(biāo)記

標(biāo)記信息同樣包括產(chǎn)品版本標(biāo)識(shí)、擴(kuò)散批次ID、組裝ID號(hào)和制造代碼等，不同的行有不同的含義。

九、功能描述

9.1 系統(tǒng)模式

9.1.1 系統(tǒng)電源模式

• 全功率模式：電池供電（V BAT ）和焊盤供電（V DD(PAD) ）均可用，即使主系統(tǒng)關(guān)閉，也可在卡模擬模式下顯示NDEF消息。
• 自主模式：在特定條件下，即使主機(jī)關(guān)閉，設(shè)備也能獨(dú)立工作。
• 低功率模式：電池供電可用，但焊盤供電不可用，此時(shí)僅支持卡模擬模式。
• 電源關(guān)閉模式：系統(tǒng)未從任何電源獲取供電或處于硬電源關(guān)閉狀態(tài)。

9.1.2 PN7160電源狀態(tài)

• 硬電源關(guān)閉（HPD）狀態(tài)：通過設(shè)置VEN電壓< 0.4V進(jìn)入，此時(shí)PN7160的功耗最低。
• 待機(jī)狀態(tài)：由主機(jī)或軟件編程使VEN電壓為高，部分PN7160模塊保持供電，可通過多種喚醒源（如主機(jī)接口、天線RF電平檢測(cè)器、內(nèi)部定時(shí)器）切換到活動(dòng)狀態(tài)。
• 活動(dòng)狀態(tài)：又分為空閑、監(jiān)聽和輪詢?nèi)N子模式。在空閑模式下，RF接口未激活；在監(jiān)聽模式下，設(shè)備監(jiān)聽外部設(shè)備；在輪詢模式下，設(shè)備主動(dòng)搜索和通信。

9.2 主機(jī)接口

PN7160支持I2C - bus目標(biāo)接口（最高3.4 MBaud）和SPI - bus目標(biāo)接口（最高7 MBaud），但同一時(shí)間只能激活一個(gè)接口。接口選擇在IC制造過程中確定，不同的訂購編號(hào)對(duì)應(yīng)不同的接口版本。主機(jī)接口可通過WKUP_REQ輸入引腳或I2C - bus地址喚醒。

十、總結(jié)

PN7160和PN7161 NFC控制器以其高度集成、低功耗、廣泛的協(xié)議支持和靈活的電源管理等特性，為各種NFC應(yīng)用提供了強(qiáng)大而可靠的解決方案。無論是移動(dòng)設(shè)備還是智能家居領(lǐng)域，它們都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設(shè)計(jì)NFC相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分考慮這兩款控制器，以實(shí)現(xiàn)更高效、更便捷的通信功能。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似NFC控制器的一些特殊需求或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。