探索TRF7960與TRF7961：13.56-MHz RFID的強(qiáng)大選擇

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時代，RFID（射頻識別）技術(shù)猶如一顆璀璨的明星，廣泛應(yīng)用于門禁、支付、物流等眾多領(lǐng)域。而在眾多的RFID芯片中，TI公司的TRF7960和TRF7961憑借其卓越的性能和豐富的特性，成為了工程師們的熱門之選。今天，就讓我們一同深入了解這兩款芯片的魅力所在。

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1. 設(shè)備概述

1.1 芯片特性

TRF7960和TRF7961可以讓工程師在設(shè)計RFID系統(tǒng)時更加省心。芯片特點如下：

• 高度集成：完全集成協(xié)議處理功能，不僅整合了模擬、數(shù)字和功率放大器（PA）部分的獨立內(nèi)部高電源抑制比（PSRR）電源，為出色的讀取范圍和可靠性提供了有力保障，還大大減少了總物料清單（BOM）和電路板面積。僅需一個外部13.56-MHz晶體振蕩器，就能滿足芯片的工作需求。
• 雙接收輸入：具備AM和PM解調(diào)功能，有效減少了通信盲區(qū)。同時，還配備了接收器AM和PM的接收信號強(qiáng)度指示（RSSI），以及閱讀器之間的防碰撞功能，進(jìn)一步提升了通信的穩(wěn)定性。
• 易于使用且靈活性高：為每個支持的ISO協(xié)議都設(shè)置了自動配置的默認(rèn)模式，還有12個用戶可編程寄存器，方便用戶根據(jù)實際需求進(jìn)行靈活調(diào)整。此外，可選擇的接收器增益、可編程的輸出功率（100 mW或200 mW）、可調(diào)節(jié)的ASK調(diào)制范圍（8%至30%）以及內(nèi)置的用戶可選擇截止頻率的接收帶通濾波器，都為設(shè)計提供了更多的可能性。
• 寬工作電壓范圍：支持2.7 V至5.5 V的寬工作電壓范圍，還具備超低功耗模式，如掉電模式電流小于1 μA，待機(jī)模式電流為120 μA，僅接收模式（Active RX Only）電流為10 mA。
• 多種接口方式：通過12字節(jié)FIFO與微控制器（MCU）進(jìn)行通信，支持并行8位或串行4引腳串行外設(shè)接口（SPI），滿足不同的設(shè)計需求。
• 小巧封裝：采用超小型32引腳QFN封裝（5 mm × 5 mm），方便在各種小型設(shè)備中使用。

1.2 應(yīng)用場景

這兩款芯片的應(yīng)用場景十分廣泛，涵蓋了安全訪問控制、產(chǎn)品認(rèn)證、醫(yī)療系統(tǒng)、公共交通或活動票務(wù)等領(lǐng)域。在這些場景中，它們能夠快速、準(zhǔn)確地識別目標(biāo)對象，為系統(tǒng)的高效運行提供了有力支持。

1.3 詳細(xì)描述

TRF7960和TRF7961芯片支持多種協(xié)議，包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa?以及ISO/IEC 15693等。通過在控制寄存器中選擇所需協(xié)議，就能輕松對閱讀器進(jìn)行配置。并且，還能直接訪問所有控制寄存器，根據(jù)需要對各種閱讀器參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。該芯片支持高達(dá)848 kbps的數(shù)據(jù)速率，能夠完成ISO協(xié)議所需的所有幀和同步任務(wù)。此外，還可以通過其提供的直接模式來實現(xiàn)其他標(biāo)準(zhǔn)甚至自定義協(xié)議。

2. 技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

2.1 電源供應(yīng)

芯片的正電源引腳VIN（引腳2）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，這些穩(wěn)壓器輸出電壓分別用V表示，使用外部旁路電容進(jìn)行電源噪聲濾波，為RFID閱讀器系統(tǒng)提供了增強(qiáng)的電源抑制比（PSRR）。穩(wěn)壓器可配置為自動或手動模式，其中自動模式能在穩(wěn)壓器PSRR和RF輸出功率的最高可能電源電壓之間實現(xiàn)最佳平衡。

2.2 接收器部分

2.2.1 模擬部分

芯片擁有兩個接收器輸入RX_IN1（引腳8）和RX_IN2（引腳9），通過外部濾波器確保標(biāo)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，以便對標(biāo)簽可能出現(xiàn)的PM調(diào)制信號進(jìn)行進(jìn)一步處理。兩個RX輸入通過控制位B3（pm_on）在芯片狀態(tài)控制寄存器（地址0x00）中進(jìn)行多路復(fù)用，連接到主接收器和輔助接收器。主接收器包括RF檢測級、增益級、帶自動增益控制（AGC）的濾波器和數(shù)字化級，其輸出連接到數(shù)字處理塊，同時還具備RSSI測量級。輔助接收器主要用于測量調(diào)制信號的RSSI，也有類似的RF檢測、增益、濾波和RSSI模塊。

2.2.2 數(shù)字部分

接收到的副載波被數(shù)字化，形成調(diào)制RF包絡(luò)的數(shù)字表示，然后應(yīng)用于數(shù)字解碼器和幀電路進(jìn)行進(jìn)一步處理。數(shù)字部分包括比特解碼器和幀邏輯，前者將副載波編碼信號轉(zhuǎn)換為比特流和數(shù)據(jù)時鐘，后者將串行比特流數(shù)據(jù)格式化為字節(jié)，去除特殊信號和校驗位，最終將干凈的數(shù)據(jù)發(fā)送到12字節(jié)FIFO寄存器供外部微控制器讀取。同時，還支持比特碰撞檢測，當(dāng)檢測到碰撞時會發(fā)送中斷請求并設(shè)置標(biāo)志。此外，還配備了兩個定時器，分別用于控制接收等待時間和無響應(yīng)等待時間。

2.3 發(fā)射器部分

2.3.1 模擬部分

13.56-MHz晶體振蕩器（連接到引腳31和32）直接為RF輸出級生成RF信號，同時也為數(shù)字部分和SYS_CLK（引腳27）輸出時鐘信號，該時鐘信號可被外部MCU系統(tǒng)使用。在部分掉電模式下，SYS_CLK的頻率為60 kHz，而在正常閱讀器操作時，可通過調(diào)制器和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）中的比特B4和B5進(jìn)行編程，選擇13.56 MHz、6.78 MHz或3.39 MHz的時鐘頻率。發(fā)射功率水平可選擇半功率100 mW（20 dBm）或全功率200 mW（23 dBm），發(fā)射輸出阻抗在半功率時為8 Ω，全功率時為4 Ω。發(fā)射調(diào)制可通過ISO控制寄存器（地址0x01）進(jìn)行配置，也可通過設(shè)置為直接模式，由ASK/OOK引腳（引腳12）進(jìn)行外部控制，ASK調(diào)制深度由調(diào)制器和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）中的比特B0、B1和B2控制，范圍為7%至30%或100%（OOK）。

2.3.2 數(shù)字部分

在開始數(shù)據(jù)傳輸前，需使用復(fù)位命令（0x0F）清除FIFO。數(shù)據(jù)傳輸通過選擇的命令啟動，MCU通過連續(xù)寫命令將傳輸長度字節(jié)和FIFO數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)寄存器，傳輸自動在第一個字節(jié)寫入FIFO后開始。如果數(shù)據(jù)長度超過FIFO的允許大小，外部系統(tǒng)會在FIFO中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)已傳輸時收到中斷請求，提示加載下一個數(shù)據(jù)包。傳輸結(jié)束時，外部系統(tǒng)也會收到中斷請求。TX長度寄存器支持傳輸不完整字節(jié)，協(xié)議由ISO控制寄存器（地址0x01）選擇，閱讀器會根據(jù)所選協(xié)議自動添加特殊信號和進(jìn)行編碼。此外，發(fā)射器部分還配備了一個定時器，可用于在精確的時間間隔啟動傳輸操作。

2.4 直接模式

直接模式支持兩種配置：

• 直接模式0：在ISO控制寄存器中設(shè)置比特6 = 0，可啟用閱讀器的前端功能，繞過協(xié)議實現(xiàn)。在發(fā)射功能方面，應(yīng)用程序可通過MOD引腳（引腳14）直接訪問發(fā)射調(diào)制器；在接收方面，可在I/O_6（引腳23）上直接訪問副載波信號（數(shù)字化RF包絡(luò)信號）。
• 直接模式1：在ISO控制寄存器中設(shè)置比特6 = 1，使用所選協(xié)議的副載波信號解碼器。接收輸出為解碼后的串行比特流和比特時鐘信號，分別在I/O_6（引腳23）和I/O_5（引腳22）上可用。發(fā)射端同樣，應(yīng)用程序可通過MOD輸入直接控制RF調(diào)制。這種模式適用于需要實現(xiàn)與閱讀器中某個協(xié)議具有相同比特編碼但不同幀格式的情況。

2.5 寄存器描述

芯片擁有多個寄存器，包括主控制寄存器、協(xié)議子集寄存器、狀態(tài)寄存器和FIFO寄存器等。這些寄存器用于控制芯片的各種功能，如電源模式、協(xié)議選擇、增益調(diào)整、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｍㄟ^對這些寄存器的配置和操作，工程師可以靈活地實現(xiàn)所需的功能。例如，芯片狀態(tài)控制寄存器（地址0x00）控制電源模式、RF開關(guān)和AM或PM選擇；ISO控制寄存器（地址0x01）控制ISO協(xié)議的選擇。

2.6 通信接口

芯片支持并行8引腳接口和串行外設(shè)接口（SPI）兩種通信方式，這兩種方式相互排斥，在應(yīng)用中只能選擇其中一種。當(dāng)選擇SPI時，未使用的I/O_2、I/O_1和I/O_0引腳需根據(jù)特定表格進(jìn)行硬連線。通信通過起始條件和地址/命令字進(jìn)行初始化，地址/命令字的最高有效位（MSB）決定其是作為地址還是命令使用。在連續(xù)地址模式下，可對一組控制寄存器進(jìn)行連續(xù)讀寫操作；在非連續(xù)地址模式下，每次只能讀寫一個數(shù)據(jù)字。命令模式用于發(fā)出指令以觸發(fā)閱讀器的操作。

3. 規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對最大額定值

在供電電壓VIN方面，其最大值為6 V；輸出電流IO最大值為150 mA；最大結(jié)溫TJ在任何情況下為140°C，連續(xù)運行以保證長期可靠性時為125°C；存儲溫度范圍Tstg為 -55°C至150°C；引腳溫度在距離外殼1.6 mm處10秒內(nèi)的最大值為300°C。在使用這些芯片時，必須嚴(yán)格遵守這些絕對最大額定值，否則可能會對芯片造成永久性損壞。

3.2 ESD額定值

芯片的靜電放電（ESD）額定值表現(xiàn)良好，人體模型（HBM）為±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±500 V，機(jī)器模型（MM）為±200 V。這意味著它們在一定程度上能夠抵抗靜電的影響，但在實際操作中，仍需要采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，以確保芯片的安全使用。

3.3 推薦工作條件

推薦的供電電壓VIN范圍為2.7 V至5.5 V，典型值為5 V；工作虛擬結(jié)溫TJ范圍為 -40°C至125°C；工作環(huán)境溫度TA范圍為 -40°C至110°C，典型值為25°C。在這些推薦工作條件下使用芯片，可以保證其性能的穩(wěn)定性和可靠性。

3.4 電氣特性

在不同的工作模式下，芯片的供電電流有所不同。例如，掉電模式下的供電電流IPD小于10 μA，典型值為1 μA；掉電模式2下的供電電流IPD2為120至300 μA；待機(jī)模式下的供電電流ISTBY為1.5至4 mA；無天線驅(qū)動電流時的供電電流ION1為10至16 mA；天線驅(qū)動電流為100 mW輸出功率時的供電電流ION2約為70 mA；天線驅(qū)動電流為200 mW輸出功率時的供電電流ION3約為120 mA。此外，芯片還具有其他電氣特性，如帶隙電壓BG為1.4至1.7 V，典型值為1.6 V；上電復(fù)位（POR）電壓VPOR為1.4至2.5 V，典型值為2 V等。

3.5 熱阻特性

芯片的熱阻特性對于其在實際應(yīng)用中的散熱設(shè)計非常重要。RθJC（結(jié)到外殼熱阻）為31°C/W，RθJA（結(jié)到環(huán)境熱阻）在TA ≤ 25°C時為36.4°C/W，在TA = 85°C時，功率額定值分別為2.7 W和1.1 W。為了保證芯片的性能和可靠性，在設(shè)計散熱方案時，應(yīng)確保結(jié)溫不超過125°C。

4. 應(yīng)用實現(xiàn)與布局

4.1 應(yīng)用原理圖

文檔中提供了并行通信和SPI通信的應(yīng)用原理圖，這些原理圖為工程師在實際設(shè)計中提供了重要的參考。通過參考這些原理圖，工程師可以快速搭建起基于TRF7960和TRF7961的RFID系統(tǒng)。

4.2 注意事項

在應(yīng)用中，雖然文檔提供了相關(guān)信息，但TI公司明確表示這些信息不構(gòu)成組件規(guī)格的一部分，用戶需要自行確定組件是否適合自己的應(yīng)用，并對設(shè)計進(jìn)行驗證和測試，以確保系統(tǒng)的功能正常。這就要求工程師在使用這些芯片時，要進(jìn)行充分的測試和驗證，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

5. 設(shè)備與文檔支持

5.1 入門與下一步

對于想要了解TI NFC/RFID設(shè)備及其開發(fā)工具和軟件的用戶，可以訪問“Overview for NFC / RFID”獲取更多信息。這里提供了豐富的資源，幫助用戶快速入門和進(jìn)行后續(xù)的開發(fā)工作。

5.2 設(shè)備命名規(guī)則

TI公司為設(shè)備的部件編號分配了前綴，以表示產(chǎn)品開發(fā)周期的不同階段。例如，xTRF表示實驗設(shè)備，pTRF表示最終設(shè)備但未完成質(zhì)量和可靠性驗證，TRF表示完全合格的生產(chǎn)設(shè)備。同時，設(shè)備命名還包括后綴，用于表示封裝類型和可選的溫度范圍。了解這些命名規(guī)則，有助于工程師準(zhǔn)確選擇適合自己應(yīng)用的芯片。

5.3 工具與軟件

TI公司為TRF7960和TRF7961提供了豐富的工具和軟件支持，包括設(shè)計套件和評估模塊，如TRF7960A評估模塊和目標(biāo)板，以及相關(guān)的固件源代碼和GUI軟件。這些工具和軟件可以幫助工程師快速進(jìn)行開發(fā)和測試，提高開發(fā)效率。

5.4 文檔支持

相關(guān)文檔可在www.ti.com上獲取，并且用戶可以通過在產(chǎn)品文件夾中點擊“Alert me”按鈕來接收文檔更新通知，包括硅片勘誤等信息。此外，還有一系列的應(yīng)用筆記，如《TRF79xxA HF - RFID Reader Layout Design Guide》《Antenna Matching for the TRF7960 RFID Reader》等，這些文檔為工程師在設(shè)計過程中遇到的問題提供了詳細(xì)的解決方案和指導(dǎo)。

6. 總結(jié)

TRF7960和TRF7961作為TI公司推出的兩款優(yōu)秀的13.56-MHz RFID模擬前端和數(shù)據(jù)幀閱讀器系統(tǒng)芯片，具有高度集成、性能卓越、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。通過對其特性、技術(shù)細(xì)節(jié)、規(guī)格參數(shù)、應(yīng)用實現(xiàn)和文檔支持等方面的詳細(xì)介紹，相信各位工程師對這兩款芯片有了更深入的了解。在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體需求，充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢，設(shè)計出更加高效、可靠的RFID系統(tǒng)。不知道大家在使用RFID芯片的過程中，有沒有遇到過一些特別的挑戰(zhàn)呢？你們又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。