探索TRF7960和TRF7961：多功能13.56-MHz RFID前端系統的深度剖析

在當今的電子世界中，RFID（射頻識別）技術已經成為了眾多應用領域的核心驅動力。從門禁控制到產品認證，從醫療系統到公共交通票務，RFID技術的應用無處不在。德州儀器（TI）的TRF7960和TRF7961正是兩款在13.56-MHz RFID領域表現卓越的芯片，它們為開發者提供了一個高度集成、功能強大且易于使用的解決方案。今天，我們就來深入探討這兩款芯片的特性、應用以及設計要點。

文件下載：trf7961.pdf

芯片概述

TRF7960和TRF7961是專為13.56-MHz RFID閱讀器系統設計的集成模擬前端和數據幀處理系統。它們支持多種協議，包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa?以及ISO/IEC 15693，這使得它們能夠適應廣泛的應用場景。通過在控制寄存器中選擇所需的協議，閱讀器可以方便地進行配置，并且可以根據需要直接訪問所有控制寄存器，對各種閱讀器參數進行微調。

特性亮點

高度集成與低功耗

• 電源隔離設計：芯片為模擬、數字和功率放大器（PA）部分提供了單獨的內部高電源抑制比（PSRR）電源，有效隔離噪聲，從而實現了卓越的讀取范圍和可靠性。
• 雙接收器輸入：具備AM和PM解調功能的雙接收器輸入，能夠最大程度地減少通信盲區。同時，接收器的AM和PM接收信號強度指示（RSSI）功能以及閱讀器間的防沖突功能，進一步提升了通信的穩定性。
• 低功耗模式：芯片支持多種超低功耗模式，如掉電模式下電流小于1 μA，待機模式下電流為120 μA，僅接收模式下電流為10 mA，這對于需要長時間運行的應用來說至關重要。

靈活性與易用性

• 自動配置默認模式：針對每個支持的ISO協議，芯片都提供了自動配置的默認模式，大大簡化了開發過程。
• 用戶可編程寄存器：12個用戶可編程寄存器允許開發者根據具體需求進行定制化配置，如選擇接收器增益、可編程輸出功率（100 mW或200 mW）、可調ASK調制范圍（8%至30%）等。
• 寬工作電壓范圍：芯片的工作電壓范圍為2.7 V至5.5 V，能夠適應不同的電源環境。

接口與時鐘選項

• 通信接口：支持并行8位或串行4引腳串行外設接口（SPI）與微控制器（MCU）進行通信，并使用12字節FIFO寄存器，方便數據的傳輸和處理。
• 時鐘輸出：MCU可選擇RF、RF/2或RF/4的時鐘頻率輸出，還提供了一個可調節的20-mA高PSRR低壓差線性穩壓器（LDO），用于為外部MCU供電。

應用領域

安全訪問控制

在門禁系統中，TRF7960和TRF7961能夠快速、準確地識別RFID標簽，確保只有授權人員能夠進入特定區域，為企業和公共場所提供了可靠的安全保障。

產品認證

通過對產品上的RFID標簽進行讀取和驗證，可以有效地防止假冒偽劣產品的流通，保障消費者的權益和企業的品牌形象。

醫療系統

在醫療領域，RFID技術可以用于藥品管理、患者身份識別、醫療設備追蹤等方面，提高醫療服務的效率和安全性。

公共交通或活動票務

在公共交通和活動場所，使用RFID票務系統可以實現快速檢票，減少排隊等待時間，提升用戶體驗。

詳細設計要點

電源供應

芯片的電源供應設計對于其性能至關重要。VIN引腳的輸入電壓范圍為2.7 V至5.5 V，為芯片提供了穩定的電源。內部的電壓調節器VDD_RF、VDD_A和VDD_X分別為不同的電路部分提供電源，并且可以通過控制位進行自動或手動配置。在設計時，需要注意負電源連接都應外部連接到地，以確保電路的穩定性。同時，為了保證I/O信號電平的兼容性，芯片提供了一個單獨的電源輸入VDD_I/O，輸入電壓范圍為1.8 V至5.5 V。

接收器設計

TRF796x具有兩個接收器輸入RX_IN1和RX_IN2，通過外部濾波器確保AM調制信號至少在其中一個輸入上可用。接收器輸入通過控制位進行多路復用，分為主接收器和輔助接收器。主接收器用于對信號進行解調、增益、濾波和數字化處理，并測量RSSI值；輔助接收器主要用于測量調制信號的RSSI。在設計時，需要注意接收器輸入的RF幅度電平應根據電源電壓進行調整，以確保信號的正常接收。

發射器設計

發射器部分由13.56-MHz晶體振蕩器、數字協議處理和RF輸出級組成。晶體振蕩器直接為RF輸出級和數字部分提供時鐘信號，并且可以通過控制位選擇輸出功率和調制方式。在數據傳輸前，需要先清除FIFO寄存器，并根據協議選擇相應的命令進行數據傳輸。同時，發射器還提供了一個定時器，用于在精確的時間間隔內啟動傳輸操作。

寄存器配置

芯片的各種功能和參數通過一系列寄存器進行配置。這些寄存器包括主控制寄存器、協議子集寄存器、狀態寄存器和FIFO寄存器等。在設計時，需要根據具體的應用需求對這些寄存器進行正確的配置，以實現所需的功能。例如，通過ISO控制寄存器選擇所需的協議，通過Chip Status Control寄存器控制電源模式、RF輸出和接收器輸入等。

工具與文檔支持

為了幫助開發者更好地使用TRF7960和TRF7961，德州儀器提供了豐富的工具和文檔資源。包括參考設計和評估模塊（EVM），以及適用于MSP430? MCU的源代碼。同時，還有一系列的應用筆記，如HF-RFID閱讀器布局設計指南、天線匹配設計方法、軟件設計提示等，為開發者提供了全面的技術支持。

總結

TRF7960和TRF7961作為德州儀器推出的高性能13.56-MHz RFID模擬前端和數據幀處理系統，具有高度集成、低功耗、靈活性強等優點，適用于多種應用領域。在設計過程中，開發者需要充分了解芯片的電源供應、接收器、發射器和寄存器配置等方面的要點，并合理利用德州儀器提供的工具和文檔資源，以確保設計的順利進行。希望本文能夠為電子工程師在使用TRF7960和TRF7961進行設計時提供一些有價值的參考。你在使用這兩款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。