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

在当今的电子世界中，RFID（射频识别）技术已经成为了众多应用领域的核心驱动力。从门禁控制到产品认证，从医疗系统到公共交通票务，RFID技术的应用无处不在。德州仪器（TI）的TRF7960和TRF7961正是两款在13.56-MHz RFID领域表现卓越的芯片，它们为开发者提供了一个高度集成、功能强大且易于使用的解决方案。今天，我们就来深入探讨这两款芯片的特性、应用以及设计要点。

文件下载：trf7961.pdf

芯片概述

TRF7960和TRF7961是专为13.56-MHz RFID阅读器系统设计的集成模拟前端和数据帧处理系统。它们支持多种协议，包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa™以及ISO/IEC 15693，这使得它们能够适应广泛的应用场景。通过在控制寄存器中选择所需的协议，阅读器可以方便地进行配置，并且可以根据需要直接访问所有控制寄存器，对各种阅读器参数进行微调。

特性亮点

高度集成与低功耗

• 电源隔离设计：芯片为模拟、数字和功率放大器（PA）部分提供了单独的内部高电源抑制比（PSRR）电源，有效隔离噪声，从而实现了卓越的读取范围和可靠性。
• 双接收器输入：具备AM和PM解调功能的双接收器输入，能够最大程度地减少通信盲区。同时，接收器的AM和PM接收信号强度指示（RSSI）功能以及阅读器间的防冲突功能，进一步提升了通信的稳定性。
• 低功耗模式：芯片支持多种超低功耗模式，如掉电模式下电流小于1 µA，待机模式下电流为120 µA，仅接收模式下电流为10 mA，这对于需要长时间运行的应用来说至关重要。

灵活性与易用性

• 自动配置默认模式：针对每个支持的ISO协议，芯片都提供了自动配置的默认模式，大大简化了开发过程。
• 用户可编程寄存器：12个用户可编程寄存器允许开发者根据具体需求进行定制化配置，如选择接收器增益、可编程输出功率（100 mW或200 mW）、可调ASK调制范围（8%至30%）等。
• 宽工作电压范围：芯片的工作电压范围为2.7 V至5.5 V，能够适应不同的电源环境。

接口与时钟选项

• 通信接口：支持并行8位或串行4引脚串行外设接口（SPI）与微控制器（MCU）进行通信，并使用12字节FIFO寄存器，方便数据的传输和处理。
• 时钟输出：MCU可选择RF、RF/2或RF/4的时钟频率输出，还提供了一个可调节的20-mA高PSRR低压差线性稳压器（LDO），用于为外部MCU供电。

应用领域

安全访问控制

在门禁系统中，TRF7960和TRF7961能够快速、准确地识别RFID标签，确保只有授权人员能够进入特定区域，为企业和公共场所提供了可靠的安全保障。

产品认证

通过对产品上的RFID标签进行读取和验证，可以有效地防止假冒伪劣产品的流通，保障消费者的权益和企业的品牌形象。

医疗系统

在医疗领域，RFID技术可以用于药品管理、患者身份识别、医疗设备追踪等方面，提高医疗服务的效率和安全性。

公共交通或活动票务

在公共交通和活动场所，使用RFID票务系统可以实现快速检票，减少排队等待时间，提升用户体验。

详细设计要点

电源供应

芯片的电源供应设计对于其性能至关重要。VIN引脚的输入电压范围为2.7 V至5.5 V，为芯片提供了稳定的电源。内部的电压调节器VDD_RF、VDD_A和VDD_X分别为不同的电路部分提供电源，并且可以通过控制位进行自动或手动配置。在设计时，需要注意负电源连接都应外部连接到地，以确保电路的稳定性。同时，为了保证I/O信号电平的兼容性，芯片提供了一个单独的电源输入VDD_I/O，输入电压范围为1.8 V至5.5 V。

接收器设计

TRF796x具有两个接收器输入RX_IN1和RX_IN2，通过外部滤波器确保AM调制信号至少在其中一个输入上可用。接收器输入通过控制位进行多路复用，分为主接收器和辅助接收器。主接收器用于对信号进行解调、增益、滤波和数字化处理，并测量RSSI值；辅助接收器主要用于测量调制信号的RSSI。在设计时，需要注意接收器输入的RF幅度电平应根据电源电压进行调整，以确保信号的正常接收。

发射器设计

发射器部分由13.56-MHz晶体振荡器、数字协议处理和RF输出级组成。晶体振荡器直接为RF输出级和数字部分提供时钟信号，并且可以通过控制位选择输出功率和调制方式。在数据传输前，需要先清除FIFO寄存器，并根据协议选择相应的命令进行数据传输。同时，发射器还提供了一个定时器，用于在精确的时间间隔内启动传输操作。

寄存器配置

芯片的各种功能和参数通过一系列寄存器进行配置。这些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。在设计时，需要根据具体的应用需求对这些寄存器进行正确的配置，以实现所需的功能。例如，通过ISO控制寄存器选择所需的协议，通过Chip Status Control寄存器控制电源模式、RF输出和接收器输入等。

工具与文档支持

为了帮助开发者更好地使用TRF7960和TRF7961，德州仪器提供了丰富的工具和文档资源。包括参考设计和评估模块（EVM），以及适用于MSP430™ MCU的源代码。同时，还有一系列的应用笔记，如HF-RFID阅读器布局设计指南、天线匹配设计方法、软件设计提示等，为开发者提供了全面的技术支持。

总结

TRF7960和TRF7961作为德州仪器推出的高性能13.56-MHz RFID模拟前端和数据帧处理系统，具有高度集成、低功耗、灵活性强等优点，适用于多种应用领域。在设计过程中，开发者需要充分了解芯片的电源供应、接收器、发射器和寄存器配置等方面的要点，并合理利用德州仪器提供的工具和文档资源，以确保设计的顺利进行。希望本文能够为电子工程师在使用TRF7960和TRF7961进行设计时提供一些有价值的参考。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。