深入解析TRF7960与TRF7961：多功能13.56-MHz RFID前端芯片

在当今的电子设备领域，RFID技术的应用越来越广泛，从门禁系统到产品追溯，从公共交通到医疗设备，无处不在。德州仪器（TI）推出的TRF7960和TRF7961芯片，作为13.56-MHz RFID模拟前端和数据成帧阅读器系统，为工程师们提供了强大而灵活的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这两款芯片的特点、应用和技术细节。

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一、设备概述

1.1 特点

TRF7960和TRF7961芯片具有众多令人瞩目的特点，这些特点使得它们在RFID应用中表现出色。

• 高度集成：芯片采用了完全集成的协议处理方式，为模拟、数字和功率放大器（PA）部分分别提供了独立的内部高电源抑制比（PSRR）电源，有效隔离噪声，从而实现了出色的读取范围和可靠性。同时，双接收器输入搭配AM和PM解调功能，最大程度地减少了通信盲区。此外，高度集成还减少了总的物料清单（BOM）和电路板面积，仅需一个外部13.56-MHz晶体振荡器，并且提供了MCU可选的时钟频率输出（RF、RF/2或RF/4），还配备了可调节的20-mA高PSRR低压差线性稳压器（LDO），用于为外部MCU供电。
• 易于使用且灵活性高：芯片为每个支持的ISO协议都提供了自动配置的默认模式，同时拥有12个用户可编程寄存器，可选择接收器增益、可编程输出功率（100 mW或200 mW）、可调节的ASK调制范围（8%至30%）以及内置的接收器带通滤波器，其拐角频率可由用户选择。
• 宽工作电压范围和超低功耗模式：芯片的工作电压范围为2.7 V至5.5 V，具备超低功耗模式，如掉电模式下电流小于1 µA，待机模式下为120 µA，仅接收模式下为10 mA。
• 多种接口和小封装：芯片支持并行8位或串行4引脚串行外设接口（SPI）与MCU通信，并使用12字节FIFO。同时，它采用了超小的32引脚QFN封装（5 mm × 5 mm），节省了电路板空间。

1.2 应用

TRF7960和TRF7961芯片的应用范围非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

• 安全访问控制：用于门禁系统，确保只有授权人员能够进入特定区域。
• 产品认证：帮助验证产品的真伪，防止假冒伪劣产品流入市场。
• 医疗系统：在医疗设备管理、药品追溯等方面发挥重要作用。
• 公共交通或活动票务：实现便捷的票务管理和检票功能。

1.3 描述

这两款芯片是集成的模拟前端和数据成帧系统，适用于13.56-MHz RFID阅读器系统，支持多种协议，如ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa™以及ISO/IEC 15693。内置的编程选项使其适用于各种近距离和远距离识别系统的应用。通过在控制寄存器中选择所需的协议，即可对阅读器进行配置，并且可以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。

芯片支持高达848 kbps的数据速率，并且所有ISO协议的成帧和同步任务都在板上完成。此外，还可以通过使用芯片提供的直接模式来实现其他标准甚至自定义协议。接收器系统采用了双输入接收器架构，以最大程度地提高通信的鲁棒性，并且包括各种自动和手动增益控制选项。接收到的信号强度可以在RSSI寄存器中获取。

1.4 典型应用

典型的应用框图展示了TRF796x与MSP430 MCU的连接方式，包括系统时钟（SYS_CLK）、电源输入（VDD_X、VCC）、阻抗匹配电路、RF输出（TX_OUT）、数据时钟（DATA_CLK）、中断请求（IRQ）、接收器输入（RX_IN1、RX_IN2）以及13.56 MHz晶体振荡器等部分。这种连接方式为工程师们提供了一个参考，方便他们进行实际的设计和开发。

二、技术细节

2.1 电源供应

芯片的正电源引脚VIN（引脚2）的输入电压范围为2.7 V至5.5 V，为三个内部稳压器（VDD_RF、VDD_A和VDD_X）提供电源，这些稳压器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PSRR。

• VDD_RF：用于为RF输出级供电，可配置为5 V或3 V操作。在5 V操作时，输出电压可在4.3 V至5 V之间以100 mV的步长进行调整，最大电流供应能力为150 mA；在3 V操作时，输出电压可在2.7 V至3.4 V之间以100 mV的步长进行调整，最大电流供应能力为100 mA。
• VDD_A：为阅读器芯片内的模拟电路供电，电压设置分为两个范围。在5 V操作时，输出电压固定为3.5 V；在3 V操作时，输出电压可在2.7 V至3.4 V之间以100 mV的步长进行调整。
• VDD_X：可用于为阅读器芯片的数字I/O以及其他外部系统组件供电，总电流供应能力最大为20 mA。在5 V操作时，输出电压固定为3.4 V；在3 V操作时，输出电压可在2.7 V至3.4 V之间以100 mV的步长进行调整。
• VDD_PA：是RF输出级的正电源引脚，外部连接到稳压器输出VDD_RF（引脚3）。

2.2 接收器 - 模拟部分

芯片有两个接收器输入（RX_IN1和RX_IN2），连接到外部滤波器，以确保标签的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，以便对标签的PM调制信号进行进一步处理。这种架构消除了标签与阅读器之间可能出现的通信盲区。 接收器输入级是一个RF电平检测器，RX_IN1和RX_IN2输入的RF振幅电平在VIN电源电平大于3.3 V时应约为3 VPP；如果VIN电平较低，RF输入峰 - 峰电压电平不应超过VIN电平。第一个增益和滤波级的标称增益为15 dB，带有可调带通滤波器；第二个增益和滤波级的标称增益为8 dB，频率特性与第一级相同。

2.3 寄存器描述

芯片包含多个寄存器，用于控制和配置各种功能，如ISO控制寄存器、RX特殊设置寄存器、芯片状态控制寄存器等。这些寄存器的设置可以根据不同的应用需求进行调整，以实现最佳的性能。例如，ISO控制寄存器用于选择要使用的协议，每次写入该寄存器时，所有相关寄存器都会加载默认预设值，通常无需对其他寄存器进行进一步调整即可正常工作。

2.4 直接命令

MCU可以通过发送直接命令来控制阅读器的操作，如重置FIFO、传输数据（带或不带CRC）、延迟传输（带或不带CRC）、测试内部或外部RF RSSI等。这些命令为工程师们提供了灵活的控制方式，方便他们进行各种测试和调试工作。

2.5 阅读器通信接口

阅读器的通信接口可以配置为并行8引脚接口或串行外设接口（SPI），这两种模式是互斥的，在应用中只能一次使用一种模式。当选择SPI时，未使用的I/O_2、I/O_1和I/O_0引脚必须根据规定进行硬连线。阅读器始终作为从设备，而微控制器（MCU）作为主设备，MCU发起与阅读器的所有通信，并用于与更高层（应用层）进行通信。

三、应用与支持

3.1 应用原理图

文档提供了并行通信和SPI通信的应用原理图，为工程师们在实际设计中提供了参考。这些原理图展示了芯片与其他组件的连接方式，帮助工程师们更好地理解和应用芯片。

3.2 设备和文档支持

• 工具和软件：提供了参考设计和评估模块（EVM）以及开发软件，还提供了MSP430™MCU的源代码，方便工程师们进行开发和测试。
• 文档支持：包括应用笔记、固件描述等文档，可在www.ti.com上获取。这些文档为工程师们提供了详细的技术指导和应用案例，帮助他们更好地使用芯片。
• 社区资源：TI的E2E™社区为工程师们提供了一个交流和分享经验的平台，他们可以在其中提问、分享知识、探索想法并帮助解决问题。

四、总结与思考

TRF7960和TRF7961芯片以其高度集成、易于使用、灵活性高和低功耗等特点，为RFID阅读器系统的设计提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和场景，合理配置芯片的各种参数和功能，以实现最佳的性能。同时，要充分利用TI提供的工具、软件和文档支持，加快开发进度，提高设计质量。

在这里，我想问问各位工程师，在使用类似的RFID芯片时，你们遇到过哪些挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。