探究TDA8035：高集成低功耗智能卡接口的实用之选

在智能卡技术广泛应用的今天，一款性能卓越的智能卡接口芯片显得尤为重要，NXP的TDA8035就是这样一款值得关注的产品。它是集成式接触式智能卡读取器IC TDA8024性价比更高的继任者，致力于为智能卡提供高度安全保障以及高效的电源管理。

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产品概览与特性亮点

TDA8035专为降低功耗和提升安全性而设计，其工作于3V电源域，在触点读取器待机模式下功耗极低，是追求电源效率的触点读取器的理想选择。

卓越保护机制

• 热与短路防护：所有卡触点均具备热和短路保护功能，同时支持5V、3V、1.8V ±5%的$V_{CC}$调节，在低ESR的2×220nF多层陶瓷电容上表现出色。
• 电流尖峰控制：能够有效控制高达20MHz的电流尖峰，不同$V{CC}$值下对应不同尖峰控制能力（$V{CC}=5V$和3V时为40nA/s，$V_{CC}=1.8V$时为15nA/s ），且上升和下降时间可控。
• 过载检测：经过滤波的过载检测功能，阈值约为120mA，允许卡片在数毫秒内吸取高达200mA的杂散电流脉冲，而不会触发停用。
• ESD防护：提供增强的卡侧静电放电（ESD）保护（>8kV），确保卡片触点的安全性。
• 电源监管：电源主管可在电源开启和关闭期间消除尖峰，其阈值可通过内部或外部电阻桥进行设置。

便捷集成优势

• 软件兼容性：与TDA8024和TDA8034软件兼容，方便工程师进行系统升级或替换。
• 电源转换灵活：配备5V、3V、1.8V智能卡电源DC - DC转换器，可单独从2.7V至5.5V电源（VDDP和GNDP）供电，为不同电源需求提供解决方案。
• 低功耗模式：深度关机模式下的功耗极低，有助于延长设备的续航时间。
• 数据传输稳定：拥有三个受保护的半双工双向缓冲I/O线（C4、C7和C8），保障数据的可靠传输。
• 时钟灵活配置：支持外部时钟输入高达26MHz，可通过CLKDIV1和CLKDIV2引脚生成高达20MHz的卡时钟，且支持$f{XTAL}$、$f{XTAL}/2$、$f{XTAL}/4$或$f{XTAL}/8$的同步频率变化。
• 控制功能丰富：提供非反相的RST引脚控制、内置卡片存在触点去抖功能以及复用的状态信号，同时支持多个TDA8035 IC并行操作的芯片选择数字输入。

广泛应用场景

TDA8035适用于多种领域，如付费电视、电子支付、银行身份识别IC卡读取器等，展现了其强大的通用性和适应性。

技术参数解读

电源与电流特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
$V_{DDP}$（电源电压）	-	2.7	3.3	5.5	V
$V_{DD(INTF)}$（接口电源电压）	-	1.6	3.3	3.6	V
$I_{DDP}$（电源电流）	深度关机模式；$f_{XTAL}$停止	-	0.1	3	μA
$I_{DDP}$（电源电流）	关机模式；$f_{XTAL}$停止	300	500	-	μA
$I_{DDP}$（电源电流）	活动模式；CLK = $f{XTAL}/2$；$V{CC}= +5V$；无负载	-	-	5	mA
$I_{DDP}$（电源电流）	活动模式；CLK = $f{XTAL}/2$；$V{CC}= +5V$；$I_{CC}=65mA$	-	-	220	mA
$I_{DDP}$（电源电流）	活动模式；CLK = $f{XTAL}/2$；$V{CC}= +3V$；$I_{CC}=65mA$	-	-	160	mA
$I_{DDP}$（电源电流）	活动模式；CLK = $f{XTAL}/2$；$V{CC}= +1.8V$；$I_{CC}=35mA$	-	-	120	mA
$I_{DD(INTF)}$（接口电源电流）	深度关机模式；$f_{XTAL}$停止；卡片存在	-	-	1	μA
$I_{DD(INTF)}$（接口电源电流）	关机模式；$f_{XTAL}$停止；卡片存在	-	-	1	μA

卡片电源电压特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
$V_{CC}$（电源电压）	5V卡；$DC_{ICC}<65mA$	4.75	5.0	5.25	V
$V_{CC}$（电源电压）	5V卡；40nA/s的交流电流尖峰	4.65	5.0	5.25	V
$V_{CC}$（电源电压）	3V卡；$DC_{ICC}<65mA$	2.85	-	3.15	V
$V_{CC}$（电源电压）	3V卡；40nA/s的交流电流尖峰	2.76	-	3.24	V
$V_{CC}$（电源电压）	1.8V卡；$DC_{ICC}<35mA$	1.71	-	1.89	V
$V_{CC}$（电源电压）	1.8V卡；15nA/s的交流电流尖峰	1.66	-	1.94	V
$V_{ripple(p - p)}$（峰 - 峰纹波电压）	20kHz至200MHz	-	-	300	mV
$I_{CC}$（电源电流）	$V_{CC}=5V$或3V	-	-	65	mA
$I_{CC}$（电源电流）	$V_{CC}=1.8V$	-	-	35	mA

其他关键参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
$t_{deact}$（停用时间）	总序列	35	90	250	μs
$P_{tot}$（总功耗）	-	-	-	0.45	W
$T_{amb}$（环境温度）	-	-25	-	+85	°C

功能模块剖析

电源供应

• 电源范围：电源电压$V{DDP}$范围为2.7V至5.5V，所有与系统控制器的接口信号均参考$V{DD(INTF)}$。在电源开启或关闭期间，所有卡触点保持不活动状态。
• 内部稳压：内部稳压器$V{REG}$为1.8V，设备上电后，OFFN保持低电平，直到CMDVCCN置高且PRESN置低。电源关闭时，当$V{DDP}$低于阈值电压下降时，OFFN变为低电平。
• DC - DC转换器：该设备包含一个DC - DC转换器，用于生成5V、3V或1.8V的卡电源电压$V{CC}$，其根据$V{CC}$和$V_{DDP}$的不同值，可作为电压倍增器、倍压器或跟随器工作。

电压监控

电压监控器用作上电复位和卡会话期间的电源下降检测，其阈值可通过内部设置（针对$V{DDP}$和$V{REG}$）或外部调整（针对$V{DD(INTF)}$，使用PORADJ引脚）。当$V{REG}$低于特定阈值时，IC保持不活动状态，直到$V{REG}$超过阈值并持续一段时间$t{w}$。

时钟电路

• 时钟源选择：TDA8035可使用XTAL1引脚提供的外部时钟或连接在XTAL1和XTAL2引脚上的晶体振荡器来生成卡时钟CLK。它能自动检测XTAL1引脚上的外部时钟，无需额外引脚进行时钟源配置。
• 频率配置：通过CLKDIV1和CLKDIV2引脚可选择$f{XTAL}$、$f{XTAL}/2$、$f{XTAL}/4$或$f{XTAL}/8$的频率，频率变化是同步的，确保在过渡期间脉冲宽度符合要求。
• 占空比与上升/下降时间：CLK引脚的占空比在45%至55%之间，使用外部时钟时，占空比在48%至52%之间，且上升和下降时间符合特定要求。

I/O电路

• 数据传输机制：三个数据线I/O、AUX1和AUX2相同，进入空闲状态时，通过10kΩ电阻将I/O和I/OUC拉高。I/O参考$V{CC}$，I/OUC参考$V{DD(INTF)}$，允许$V{CC} ≠ V{DD(INTF)}$的操作。
• 主从控制：首先出现下降沿的一侧成为主设备，另一侧成为从设备，通过抗锁存电路确保数据传输的稳定性。
• 电流与频率限制：卡片I/O线的电流内部限制为15mA，这些线的最大频率为1.5MHz。

CS控制

CS（芯片选择）输入允许多个设备并行操作。当CS为高电平时，系统接口信号正常工作；当CS为低电平时，信号CMDVCCN、RSTIN、CLKDIV1、CLKDIV2、EN_5V/3VN和EN_1.8VN被锁存，I/OUC、AUX1UC和AUX2UC设置为高阻抗上拉模式，数据不再与智能卡传输，OFFN输出为三态输出。

关机模式与深度关机模式

• 关机模式：上电复位后，如果CMDVCCN输入引脚设置为逻辑高电平，电路进入关机模式，此时大部分电路处于等待状态，仅少数电路保持活动。
• 深度关机模式：当CMDVCCN输入引脚为逻辑高电平，且EN_5V/3VN和EN_1.8VN输入引脚为逻辑低电平时，可进入深度关机模式，此时所有电路均被禁用。退出深度关机模式需改变三个控制引脚中的一个或多个状态。

激活与停用序列

• 激活序列：以晶体振荡器为例，激活序列包括拉低CMDVCCN、启动晶体振荡器、内部振荡器切换到高频、$V_{CC}$上升、启用I/O线、应用CLK到C3触点以及启用RST等步骤。
• 停用序列：会话结束时，微控制器将CMDVCCN线置为高电平，电路执行自动停用序列，包括RST拉低、CLK停止、I/O线拉低、$V_{CC}$降至零等步骤。

$V_{CC}$调节器

$V{CC}$缓冲器能够在$V{CC}=5V$和$V{CC}=3V$时连续提供高达65mA的电流，在$V{CC}=1.8V$时提供35mA的电流。同时，它具有内部过载检测功能，阈值约为125mA，可有效防止卡片因过载而损坏。

故障检测

电路会监控多种故障条件，如$V{CC}$短路或高电流、交易期间卡片移除、$V{DDP}$或$V{DD(INTF)}$或$V{REG}$下降以及过热等。根据CMDVCCN的状态不同，故障检测的响应方式也有所差异，并且设备集成了去抖功能，可防止卡片插入或取出时PRESN信号的抖动。

设计与使用建议

电容选择

在选择DC/DC转换器的电容时，需特别注意电容值与电压和ESR的关系，确保其符合设备的工作要求。不同的$V{DDP}$值对应不同的电容配置，如$V{DDP}=3.3V$时，C3 = C4 = 330nF，C5 = 1μF；$V_{DDP}=5.0V$时，C3 = C4 = 100nF，C5 = 1μF。

时钟配置

使用外部时钟时，务必在CMDVCCN下降沿信号之前将时钟应用于XTAL1引脚，以确保时钟源的正确检测和使用。同时，在改变CLK频率时，要注意CLKDIV1和CLKDIV2引脚的变化顺序和时间间隔，避免出现时钟紊乱。

故障处理

当检测到故障时，系统会自动执行紧急停用序列。工程师在设计系统时，应考虑如何处理故障后的恢复过程，区分是硬件问题还是卡片提取情况，以便采取相应的措施。

总结

TDA8035以其高集成度、低功耗、出色的安全保护和灵活的功能配置，为智能卡接口设计提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在付费电视、电子支付还是银行身份识别等领域，它都能发挥重要作用。电子工程师在使用TDA8035时，需充分了解其各项特性和技术参数，合理进行电路设计和配置，以确保设备的高效稳定运行。你在使用类似智能卡接口芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。