探索TRF7960与TRF7961：13.56-MHz RFID的强大选择

在当今的物联网时代，RFID（射频识别）技术犹如一颗璀璨的明星，广泛应用于门禁、支付、物流等众多领域。而在众多的RFID芯片中，TI公司的TRF7960和TRF7961凭借其卓越的性能和丰富的特性，成为了工程师们的热门之选。今天，就让我们一同深入了解这两款芯片的魅力所在。

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1. 设备概述

1.1 芯片特性

TRF7960和TRF7961可以让工程师在设计RFID系统时更加省心。芯片特点如下：

• 高度集成：完全集成协议处理功能，不仅整合了模拟、数字和功率放大器（PA）部分的独立内部高电源抑制比（PSRR）电源，为出色的读取范围和可靠性提供了有力保障，还大大减少了总物料清单（BOM）和电路板面积。仅需一个外部13.56-MHz晶体振荡器，就能满足芯片的工作需求。
• 双接收输入：具备AM和PM解调功能，有效减少了通信盲区。同时，还配备了接收器AM和PM的接收信号强度指示（RSSI），以及阅读器之间的防碰撞功能，进一步提升了通信的稳定性。
• 易于使用且灵活性高：为每个支持的ISO协议都设置了自动配置的默认模式，还有12个用户可编程寄存器，方便用户根据实际需求进行灵活调整。此外，可选择的接收器增益、可编程的输出功率（100 mW或200 mW）、可调节的ASK调制范围（8%至30%）以及内置的用户可选择截止频率的接收带通滤波器，都为设计提供了更多的可能性。
• 宽工作电压范围：支持2.7 V至5.5 V的宽工作电压范围，还具备超低功耗模式，如掉电模式电流小于1 µA，待机模式电流为120 µA，仅接收模式（Active RX Only）电流为10 mA。
• 多种接口方式：通过12字节FIFO与微控制器（MCU）进行通信，支持并行8位或串行4引脚串行外设接口（SPI），满足不同的设计需求。
• 小巧封装：采用超小型32引脚QFN封装（5 mm × 5 mm），方便在各种小型设备中使用。

1.2 应用场景

这两款芯片的应用场景十分广泛，涵盖了安全访问控制、产品认证、医疗系统、公共交通或活动票务等领域。在这些场景中，它们能够快速、准确地识别目标对象，为系统的高效运行提供了有力支持。

1.3 详细描述

TRF7960和TRF7961芯片支持多种协议，包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa™以及ISO/IEC 15693等。通过在控制寄存器中选择所需协议，就能轻松对阅读器进行配置。并且，还能直接访问所有控制寄存器，根据需要对各种阅读器参数进行微调。该芯片支持高达848 kbps的数据速率，能够完成ISO协议所需的所有帧和同步任务。此外，还可以通过其提供的直接模式来实现其他标准甚至自定义协议。

2. 技术细节剖析

2.1 电源供应

芯片的正电源引脚VIN（引脚2）输入电压范围为2.7 V至5.5 V，为三个内部稳压器供电，这些稳压器输出电压分别用V表示，使用外部旁路电容进行电源噪声滤波，为RFID阅读器系统提供了增强的电源抑制比（PSRR）。稳压器可配置为自动或手动模式，其中自动模式能在稳压器PSRR和RF输出功率的最高可能电源电压之间实现最佳平衡。

2.2 接收器部分

2.2.1 模拟部分

芯片拥有两个接收器输入RX_IN1（引脚8）和RX_IN2（引脚9），通过外部滤波器确保标签的AM调制信号至少在其中一个输入上可用。外部滤波器为RX_IN2输入提供45°相移，以便对标签可能出现的PM调制信号进行进一步处理。两个RX输入通过控制位B3（pm_on）在芯片状态控制寄存器（地址0x00）中进行多路复用，连接到主接收器和辅助接收器。主接收器包括RF检测级、增益级、带自动增益控制（AGC）的滤波器和数字化级，其输出连接到数字处理块，同时还具备RSSI测量级。辅助接收器主要用于测量调制信号的RSSI，也有类似的RF检测、增益、滤波和RSSI模块。

2.2.2 数字部分

接收到的副载波被数字化，形成调制RF包络的数字表示，然后应用于数字解码器和帧电路进行进一步处理。数字部分包括比特解码器和帧逻辑，前者将副载波编码信号转换为比特流和数据时钟，后者将串行比特流数据格式化为字节，去除特殊信号和校验位，最终将干净的数据发送到12字节FIFO寄存器供外部微控制器读取。同时，还支持比特碰撞检测，当检测到碰撞时会发送中断请求并设置标志。此外，还配备了两个定时器，分别用于控制接收等待时间和无响应等待时间。

2.3 发射器部分

2.3.1 模拟部分

13.56-MHz晶体振荡器（连接到引脚31和32）直接为RF输出级生成RF信号，同时也为数字部分和SYS_CLK（引脚27）输出时钟信号，该时钟信号可被外部MCU系统使用。在部分掉电模式下，SYS_CLK的频率为60 kHz，而在正常阅读器操作时，可通过调制器和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）中的比特B4和B5进行编程，选择13.56 MHz、6.78 MHz或3.39 MHz的时钟频率。发射功率水平可选择半功率100 mW（20 dBm）或全功率200 mW（23 dBm），发射输出阻抗在半功率时为8 Ω，全功率时为4 Ω。发射调制可通过ISO控制寄存器（地址0x01）进行配置，也可通过设置为直接模式，由ASK/OOK引脚（引脚12）进行外部控制，ASK调制深度由调制器和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）中的比特B0、B1和B2控制，范围为7%至30%或100%（OOK）。

2.3.2 数字部分

在开始数据传输前，需使用复位命令（0x0F）清除FIFO。数据传输通过选择的命令启动，MCU通过连续写命令将传输长度字节和FIFO数据写入相应寄存器，传输自动在第一个字节写入FIFO后开始。如果数据长度超过FIFO的允许大小，外部系统会在FIFO中的大部分数据已传输时收到中断请求，提示加载下一个数据包。传输结束时，外部系统也会收到中断请求。TX长度寄存器支持传输不完整字节，协议由ISO控制寄存器（地址0x01）选择，阅读器会根据所选协议自动添加特殊信号和进行编码。此外，发射器部分还配备了一个定时器，可用于在精确的时间间隔启动传输操作。

2.4 直接模式

直接模式支持两种配置：

• 直接模式0：在ISO控制寄存器中设置比特6 = 0，可启用阅读器的前端功能，绕过协议实现。在发射功能方面，应用程序可通过MOD引脚（引脚14）直接访问发射调制器；在接收方面，可在I/O_6（引脚23）上直接访问副载波信号（数字化RF包络信号）。
• 直接模式1：在ISO控制寄存器中设置比特6 = 1，使用所选协议的副载波信号解码器。接收输出为解码后的串行比特流和比特时钟信号，分别在I/O_6（引脚23）和I/O_5（引脚22）上可用。发射端同样，应用程序可通过MOD输入直接控制RF调制。这种模式适用于需要实现与阅读器中某个协议具有相同比特编码但不同帧格式的情况。

2.5 寄存器描述

芯片拥有多个寄存器，包括主控制寄存器、协议子集寄存器、状态寄存器和FIFO寄存器等。这些寄存器用于控制芯片的各种功能，如电源模式、协议选择、增益调整、数据传输等。通过对这些寄存器的配置和操作，工程师可以灵活地实现所需的功能。例如，芯片状态控制寄存器（地址0x00）控制电源模式、RF开关和AM或PM选择；ISO控制寄存器（地址0x01）控制ISO协议的选择。

2.6 通信接口

芯片支持并行8引脚接口和串行外设接口（SPI）两种通信方式，这两种方式相互排斥，在应用中只能选择其中一种。当选择SPI时，未使用的I/O_2、I/O_1和I/O_0引脚需根据特定表格进行硬连线。通信通过起始条件和地址/命令字进行初始化，地址/命令字的最高有效位（MSB）决定其是作为地址还是命令使用。在连续地址模式下，可对一组控制寄存器进行连续读写操作；在非连续地址模式下，每次只能读写一个数据字。命令模式用于发出指令以触发阅读器的操作。

3. 规格参数

3.1 绝对最大额定值

在供电电压VIN方面，其最大值为6 V；输出电流IO最大值为150 mA；最大结温TJ在任何情况下为140°C，连续运行以保证长期可靠性时为125°C；存储温度范围Tstg为 -55°C至150°C；引脚温度在距离外壳1.6 mm处10秒内的最大值为300°C。在使用这些芯片时，必须严格遵守这些绝对最大额定值，否则可能会对芯片造成永久性损坏。

3.2 ESD额定值

芯片的静电放电（ESD）额定值表现良好，人体模型（HBM）为±2000 V，带电设备模型（CDM）为±500 V，机器模型（MM）为±200 V。这意味着它们在一定程度上能够抵抗静电的影响，但在实际操作中，仍需要采取适当的静电防护措施，以确保芯片的安全使用。

3.3 推荐工作条件

推荐的供电电压VIN范围为2.7 V至5.5 V，典型值为5 V；工作虚拟结温TJ范围为 -40°C至125°C；工作环境温度TA范围为 -40°C至110°C，典型值为25°C。在这些推荐工作条件下使用芯片，可以保证其性能的稳定性和可靠性。

3.4 电气特性

在不同的工作模式下，芯片的供电电流有所不同。例如，掉电模式下的供电电流IPD小于10 µA，典型值为1 µA；掉电模式2下的供电电流IPD2为120至300 µA；待机模式下的供电电流ISTBY为1.5至4 mA；无天线驱动电流时的供电电流ION1为10至16 mA；天线驱动电流为100 mW输出功率时的供电电流ION2约为70 mA；天线驱动电流为200 mW输出功率时的供电电流ION3约为120 mA。此外，芯片还具有其他电气特性，如带隙电压BG为1.4至1.7 V，典型值为1.6 V；上电复位（POR）电压VPOR为1.4至2.5 V，典型值为2 V等。

3.5 热阻特性

芯片的热阻特性对于其在实际应用中的散热设计非常重要。RθJC（结到外壳热阻）为31°C/W，RθJA（结到环境热阻）在TA ≤ 25°C时为36.4°C/W，在TA = 85°C时，功率额定值分别为2.7 W和1.1 W。为了保证芯片的性能和可靠性，在设计散热方案时，应确保结温不超过125°C。

4. 应用实现与布局

4.1 应用原理图

文档中提供了并行通信和SPI通信的应用原理图，这些原理图为工程师在实际设计中提供了重要的参考。通过参考这些原理图，工程师可以快速搭建起基于TRF7960和TRF7961的RFID系统。

4.2 注意事项

在应用中，虽然文档提供了相关信息，但TI公司明确表示这些信息不构成组件规格的一部分，用户需要自行确定组件是否适合自己的应用，并对设计进行验证和测试，以确保系统的功能正常。这就要求工程师在使用这些芯片时，要进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。

5. 设备与文档支持

5.1 入门与下一步

对于想要了解TI NFC/RFID设备及其开发工具和软件的用户，可以访问“Overview for NFC / RFID”获取更多信息。这里提供了丰富的资源，帮助用户快速入门和进行后续的开发工作。

5.2 设备命名规则

TI公司为设备的部件编号分配了前缀，以表示产品开发周期的不同阶段。例如，xTRF表示实验设备，pTRF表示最终设备但未完成质量和可靠性验证，TRF表示完全合格的生产设备。同时，设备命名还包括后缀，用于表示封装类型和可选的温度范围。了解这些命名规则，有助于工程师准确选择适合自己应用的芯片。

5.3 工具与软件

TI公司为TRF7960和TRF7961提供了丰富的工具和软件支持，包括设计套件和评估模块，如TRF7960A评估模块和目标板，以及相关的固件源代码和GUI软件。这些工具和软件可以帮助工程师快速进行开发和测试，提高开发效率。

5.4 文档支持

相关文档可在www.ti.com上获取，并且用户可以通过在产品文件夹中点击“Alert me”按钮来接收文档更新通知，包括硅片勘误等信息。此外，还有一系列的应用笔记，如《TRF79xxA HF - RFID Reader Layout Design Guide》《Antenna Matching for the TRF7960 RFID Reader》等，这些文档为工程师在设计过程中遇到的问题提供了详细的解决方案和指导。

6. 总结

TRF7960和TRF7961作为TI公司推出的两款优秀的13.56-MHz RFID模拟前端和数据帧阅读器系统芯片，具有高度集成、性能卓越、应用广泛等优点。通过对其特性、技术细节、规格参数、应用实现和文档支持等方面的详细介绍，相信各位工程师对这两款芯片有了更深入的了解。在实际应用中，我们可以根据具体需求，充分发挥它们的优势，设计出更加高效、可靠的RFID系统。不知道大家在使用RFID芯片的过程中，有没有遇到过一些特别的挑战呢？你们又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。