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模擬前端和數據幀讀取器系統。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，它們實現了完全集成的協議處理，模擬、數字和功率放大器（PA）部分采用獨立的內部高電源抑制比（PSRR）電源，有效提供噪聲隔離，從而實現卓越的讀取范圍和可靠性。雙接收器輸入搭配AM和PM解調功能，能最大程度減少通信盲區，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，并且提供可調的20-mA高PSRR低壓差線性穩壓器（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ASK調制范圍（8% - 30%）以及內置帶用戶可選擇轉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、產品認證、醫療系統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據的準確讀取和傳輸。

1.3 詳細描述

這兩款設備是支持多種協議的13.56-MHz RFID讀取器系統的集成模擬前端和數據幀系統，支持的協議包括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議即可配置讀取器，還可直接訪問所有控制寄存器，根據需要微調各種讀取器參數。

設備支持高達848 kbps的數據速率，所有ISO協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議，可使用設備提供的直接模式實現。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據或未加幀但已符合ISO格式的數據以及相關（提取）的時鐘信號。

接收器系統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、環境源或內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，使用內置硬件編碼器和解碼器時，發送和接收功能使用12字節FIFO寄存器。對于直接發送或接收功能，可繞過編碼器或解碼器，讓MCU實時處理數據。

2. 技術規格

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，還規定了帶隙電壓、上電復位（POR）電壓、調節后的模擬電路電源電壓等參數。

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RθJC為31°C/W，RθJA為36.4°C/W，功率額定值在環境溫度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，需要采取適當的散熱措施，以確保設備在正常溫度范圍內工作。

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，為三個內部穩壓器供電，輸出電壓分別為VDD_RF、VDD_A和VDD_X，這些穩壓器使用外部旁路電容進行電源噪聲濾波，為RFID讀取器系統提供增強的PSRR。穩壓器可自動或手動配置，自動模式是默認配置，能確保在穩壓器PSRR和RF輸出功率的最高可能電源電壓之間實現最佳折衷。

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）的濾波和數字化級組成，還包括RSSI測量級；輔助接收器主要用于測量調制信號的RSSI。

3.2.2 數字部分

數字部分的ISO控制寄存器（地址0x01）是接收器數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議。接收部分還支持位碰撞檢測，當檢測到位碰撞時，會發送中斷請求并在IRQ狀態寄存器中設置標志。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，分別用于防止發送操作后的瞬態干擾導致的錯誤檢測和檢測標簽無響應的情況。

3.3 發射器部分

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 數字部分

數據傳輸前，需用復位命令（0x0F）清除FIFO。數據傳輸通過選擇命令啟動，MCU發送連續寫入命令，從寄存器1Dh開始寫入TX長度字節，然后將FIFO數據加載到寄存器1Fh。傳輸長度字節和FIFO可通過連續寫入命令加載，因為地址是連續的。協議由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、結束、SOF、EOF、奇偶校驗位和CRC字節。

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）可繞過協議實現，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）使用所選協議的子載波信號解碼器，接收輸出為串行數據和位時鐘。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議，IRQ狀態寄存器用于顯示中斷原因和TX、RX狀態，FIFO狀態寄存器用于報告通過FIFO傳輸的完整字節的低半字節、關于不完整字節的信息以及要傳輸的位數等。

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、延遲傳輸等。這些命令可實現讀取器的各種操作，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引腳需根據規定進行硬連線。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. 總結與思考

TRF7960和TRF7961在RFID領域展現出了強大的實力。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系統的理想選擇。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理配置設備的參數，充分發揮其性能優勢。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，以確保系統的穩定性和可靠性。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驗呢？歡迎在評論區分享交流。