深入剖析TRF7960与TRF7961：13.56-MHz RFID的理想之选

在电子工程师的日常工作中，RFID技术的应用愈发广泛。今天，我们就来详细探讨德州仪器（TI）的TRF7960和TRF7961这两款13.56-MHz RFID模拟前端和数据帧读取器系统。这两款设备在功能、性能和应用方面都有很多值得我们关注的地方。

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1. 设备概述

1.1 特性亮点

TRF7960和TRF7961具有诸多令人瞩目的特性。首先，它们实现了完全集成的协议处理，模拟、数字和功率放大器（PA）部分采用独立的内部高电源抑制比（PSRR）电源，有效提供噪声隔离，从而实现卓越的读取范围和可靠性。双接收器输入搭配AM和PM解调功能，能最大程度减少通信盲区，同时支持接收器AM和PM接收信号强度指示（RSSI）以及读取器间的防碰撞功能。

高集成度也是其一大优势，它减少了总物料清单（BOM）和电路板面积。仅需一个外部13.56-MHz晶体振荡器，MCU还可选择RF、RF/2或RF/4的时钟频率输出，并且提供可调的20-mA高PSRR低压差线性稳压器（LDO）为外部MCU供电。

该设备使用方便且灵活性高，每个支持的ISO协议都有自动配置的默认模式，还有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ASK调制范围（8% - 30%）以及内置带用户可选择转角频率的接收器带通滤波器。其工作电压范围为2.7 V至5.5 V，具备超低功耗模式，如掉电模式电流小于1 µA，待机模式电流为120 µA，仅接收（RX）的活动模式电流为10 mA。此外，它还支持与MCU通过12字节FIFO的并行8位或串行4引脚串行外设接口（SPI）通信，采用超小的32引脚QFN封装（5 mm × 5 mm）。

1.2 广泛应用

TRF7960和TRF7961的应用场景十分广泛，涵盖安全访问控制、产品认证、医疗系统以及公共交通或活动票务等领域。在这些应用中，其高性能和可靠性能够确保数据的准确读取和传输。

1.3 详细描述

这两款设备是支持多种协议的13.56-MHz RFID读取器系统的集成模拟前端和数据帧系统，支持的协议包括ISO/IEC 14443 A和B、FeliCa™以及ISO/IEC 15693。通过在控制寄存器中选择所需协议即可配置读取器，还可直接访问所有控制寄存器，根据需要微调各种读取器参数。

设备支持高达848 kbps的数据速率，所有ISO协议的帧和同步任务都在板上完成。对于其他标准甚至自定义协议，可使用设备提供的直接模式实现。这些直接模式让应用程序能完全控制模拟前端（AFE），还可访问原始子载波数据或未加帧但已符合ISO格式的数据以及相关（提取）的时钟信号。

接收器系统采用双输入接收器架构，以最大化通信鲁棒性，还包括各种自动和手动增益控制选项。通过RSSI寄存器可获取来自应答器、环境源或内部电平的接收信号强度。MCU与TRF796x读取器之间可使用SPI或并行接口通信，使用内置硬件编码器和解码器时，发送和接收功能使用12字节FIFO寄存器。对于直接发送或接收功能，可绕过编码器或解码器，让MCU实时处理数据。

2. 技术规格

2.1 绝对最大额定值和ESD额定值

设备的绝对最大额定值规定了其在极端条件下的承受能力，如存储温度范围为 -55°C至150°C，引脚温度在离外壳1.6 mm处10秒内可达300°C。静电放电（ESD）额定值方面，人体模型（HBM）为±2000 V，充电设备模型（CDM）为±500 V。

2.2 推荐工作条件和电气特性

推荐工作条件下，设备的性能表现最佳。电气特性包括不同模式下的电源电流，如掉电模式下的电源电流、待机模式下的电源电流等。此外，还规定了带隙电压、上电复位（POR）电压、调节后的模拟电路电源电压等参数。

2.3 热阻特性

热阻特性对于设备的散热设计至关重要。该设备的RHB（32）封装的热阻参数RθJC为31°C/W，RθJA为36.4°C/W，功率额定值在环境温度TA ≤ 25°C时为2.7 W，TA = 85°C时为1.1 W。这意味着在设计电路板时，需要采取适当的散热措施，以确保设备在正常温度范围内工作。

3. 详细功能解析

3.1 电源供应

正电源引脚VIN（引脚2）的输入电压范围为2.7 V至5.5 V，为三个内部稳压器供电，输出电压分别为VDD_RF、VDD_A和VDD_X，这些稳压器使用外部旁路电容进行电源噪声滤波，为RFID读取器系统提供增强的PSRR。稳压器可自动或手动配置，自动模式是默认配置，能确保在稳压器PSRR和RF输出功率的最高可能电源电压之间实现最佳折衷。

3.2 接收器部分

3.2.1 模拟部分

TRF796x有两个接收器输入RX_IN1和RX_IN2，连接到外部滤波器，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，以便进一步处理标签的PM调制信号。两个RX输入通过控制位B3（pm_on）在主接收器和辅助接收器之间进行多路复用。主接收器由RF检测级、增益、带自动增益控制（AGC）的滤波和数字化级组成，还包括RSSI测量级；辅助接收器主要用于测量调制信号的RSSI。

3.2.2 数字部分

数字部分的ISO控制寄存器（地址0x01）是接收器数字部分的主要控制寄存器，通过写入该寄存器可选择要使用的协议。接收部分还支持位碰撞检测，当检测到位碰撞时，会发送中断请求并在IRQ状态寄存器中设置标志。此外，接收部分还有两个定时器，RX等待时间定时器和RX无响应定时器，分别用于防止发送操作后的瞬态干扰导致的错误检测和检测标签无响应的情况。

3.3 发射器部分

3.3.1 模拟部分

13.56-MHz晶体振荡器直接为RF输出级生成RF信号，同时为数字部分和SYS_CLK引脚提供时钟信号。在部分掉电模式下，SYS_CLK频率为60 kHz，正常读取器操作时，可通过Modulator和SYS_CLK控制寄存器（地址0x09）的位B4和B5编程为13.56 MHz、6.78 MHz或3.39 MHz。

3.3.2 数字部分

数据传输前，需用复位命令（0x0F）清除FIFO。数据传输通过选择命令启动，MCU发送连续写入命令，从寄存器1Dh开始写入TX长度字节，然后将FIFO数据加载到寄存器1Fh。传输长度字节和FIFO可通过连续写入命令加载，因为地址是连续的。协议由ISO控制寄存器选择，读取器会自动添加所有特殊信号，如通信开始、结束、SOF、EOF、奇偶校验位和CRC字节。

3.4 直接模式

直接模式支持两种配置。直接模式0（ISO控制寄存器的位B6 = 0）可绕过协议实现，仅使用读取器的前端功能；直接模式1（ISO控制寄存器的位B6 = 1）使用所选协议的子载波信号解码器，接收输出为串行数据和位时钟。使用直接模式时，需先在ISO控制寄存器中写入B6选择进入的模式，然后在芯片状态控制寄存器中将B6（direct）设置为1，直接模式即可立即启动。

3.5 寄存器描述

设备的寄存器包括控制寄存器、状态寄存器、FIFO控制寄存器等。不同的寄存器用于配置设备的各种功能，如ISO控制寄存器用于选择协议，IRQ状态寄存器用于显示中断原因和TX、RX状态，FIFO状态寄存器用于报告通过FIFO传输的完整字节的低半字节、关于不完整字节的信息以及要传输的位数等。

3.6 直接命令

MCU可通过直接命令控制读取器，如复位FIFO、带CRC或不带CRC的传输、延迟传输等。这些命令可实现读取器的各种操作，提高设备的灵活性和可操作性。

3.7 读取器通信接口

读取器的通信接口可配置为并行8引脚接口或串行外设接口（SPI），两种模式相互排斥，应用中一次只能使用一种模式。SPI模式下，未使用的I/O引脚需根据规定进行硬连线。通信通过起始条件和地址/命令字初始化，地址模式用于读写配置寄存器或FIFO，命令模式用于执行读取器操作。

4. 应用与布局

4.1 应用原理图

文档提供了并行通信和SPI通信的应用原理图，为工程师在实际设计中提供了参考。在设计电路板时，可根据具体需求选择合适的通信模式，并参考原理图进行布局。

4.2 设备和文档支持

TI为TRF7960和TRF7961提供了丰富的支持资源，包括设计套件、评估模块、软件等。同时，还提供了详细的文档，如应用笔记、固件描述等，帮助工程师更好地理解和使用设备。

5. 总结与思考

TRF7960和TRF7961在RFID领域展现出了强大的实力。其高集成度、丰富的功能和广泛的应用场景使其成为电子工程师设计RFID系统的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置设备的参数，充分发挥其性能优势。同时，要注意设备的电源供应、散热设计以及通信接口的选择和配置，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这两款设备的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。