基于收发一体芯片的NFC模块设计 诺基亚, 中国移动, 飞利浦, 手机支付, 厦门

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随着无线网络支持的上下行数据速率不断提高.手机在数据业务方面的应用不断涌现.越来越多的人正在使用手机代替手表、记事本、MP3，手机已成为人们不可缺少的信息终端。
近距离通信NFC(Near Field Communication)技术将让这一切变为现实。2006年6月，诺基亚和中国移动、飞利浦、易通卡公司在厦门启动了中国首个NFC手机支付试验。用户使用内嵌NFC模块的诺基亚3220手机，可在厦门市内任何一个易通卡覆盖的营业网点(公交汽车、轮渡、电影院、快餐店)进行手机支付。

不仅如此，在不久的将来，通过手机和NFC技术的结合，用户通过手机就可以实现以下应用：在街边海报上和杂志上下载演唱会时间、地点和节目表；在公园里玩互动的定向越野游戏；在车站实时刷新公交车的到站时间；在办公室发送短信控制家政服务员进出住宅的时间；在学校全面代替现有学生证和学生卡：在遍布市区的智能公用电话亭查询地图、公交线 路、餐饮购物等信息；在加油站、超市、银行等任何有POS机的地方支付款项并用手机收取电子发票。

本文在介绍TI公司最新推出的多协议完全集成13.56 MHz收发一体芯片TRF7970A的基础上，设计了具有主动模式和被动模式的NFC模块。

1 硬件设计

1.1 TRF7970A简介

TRF7970A是一款用于13.56 MHz RFID/近场通信系统的集成模拟前端和数据组帧器件。通过内置编程选项可使此器件适合于范围宽广的应用。它能够执行以下3种模式中的任一模式：RFID/NFC读取器、NFC对等点、卡仿真模式。引脚分布如图1所示。

此芯片具有几个工作模式，可以通过配置两个输入引脚(EN和EN2)以及芯片状态控制寄存器(0X00)内的几个位来进行控制，如表1所示。






图1 引脚分布


当EN被设定为高电平时(或者在EN2的上升沿，然后被EN=1确认)，电压稳压器被激活并且13.56 MHz振荡器启动。当电源和振荡器频率已稳定时，SYS_CLK输出从60 kHz的辅助频率切换至来自晶体振荡器的13.56 MHz频率。此时，读取器已为通信和执行所需任务做好准备。然后此MCU可对芯片状态控制寄存器0x00进行编程并通过编辑附加寄存器来选择运行模式。

(1)待机模式(寄存器0x00的位7=1)，此读取器能够在100¨s恢复到完全运行。

(2)模式1(RF输出禁用，寄存器Ox00的位5=0并且位1=0的激活模式)是一个低功率模式，此模式使得读取器能够在25斗s内恢复到完全运行。

(3)如果读取器到读取器的防冲突被执行，模式2(只有RF接收器有效，寄存器ox00的位1=l的激活模式)可用于测量外部RF场(正如RSSI测量段落中描述的那样)。

(4)模式3和4(整个RF部分有效.寄存器0x00的位5=l的激活模式)是用于正常发射和接收操作的正常模式。2 软件设计

系统上电以后MCU首先配置TRF7970A芯片，先将由2个输入引脚(EN和EN2)以及芯片状态控制寄存器(0x00)内的几个位配置芯片的工作模式，MCU通过并IZl将配置数据传入TRF7970A芯片。在RX模式，接收操作结束，通过设定引脚13(IRQ)为高电平来通知外部MCU接收结束；在TX模式，一个标示TX已经完成的中断申请(IRQ)通知外部MCU。

在TRF7970A芯片中有一个组帧逻辑部分，串行比特流数据在此部分被格式化成字节格式。特别信号, 诸如帧开始(SOF)、帧结束(EOF)、通信开始 、通信结束，被自动去除；奇偶校验位和CRC字节也被检查并去除了。然后，这个“干净”数据被发送到128 B的FIFO寄存器，此寄存器可由外部微控制器读取。这意味着降低MCU的存储器需求也就是降低MCU成本。同时缩短软件开发时间。TRF7970A发射模式如图5所示，TRF7970A接收模式如图6所示。



图5 TRF7970A发射模式， 图6 TRF7970A接收模式



2.1发射模式

(1)通过引脚EN和EN2以及芯片状态控制器(0x00)内的几个位选择功率模式使模块工作在主动模式；

(2)在将即将发送的数据载入FIFO后，发送一个发射命令：

(3)TRF7970A芯片自动添加特别信号：通信开始、通信结束、SOF、EOF、奇偶校验位和CRC字节.形成数据包；

(4)在检测中断信号(IRQ)之前，一直发送数据包；

(5)在发射操作的末尾，一个标示TX已经完成的中断请求(IRQ)通知外部MCU。

2.2 接收模式

(1)通过引脚EN和EN2以及芯片状态控制器(0x00)内的几个位选择功率模式使模块工作在被动模式，即待机状态；

(2)开启RF计量系统，监控天线上输入的RF信号，检测有效电平，TRF7970A芯片被自动激活；

(3)TRF7970A芯片为接收到的信号自动去除特别信号：通信开始、通信结束、SOF、EOF、奇偶校验位和CRC字节，形成“干净”数据；

(4)当FIFO中接收到数据，一个中断被发送至MCU以表示有数据要从FIFO中读取，接收操作开始；

(5)在接收数据期间，检测到任何数据格式、奇偶校验或者CRC中的错误，可以通过一个中断请求通知外部MCU。放弃该数据；

(6)接收操作的末尾通过设定引脚13(IRQ)为高电平来传送至外部系统MCU。

上面的两种模式只是简单地叙述了NFC模块在主动模式下发送数据和在被动模式下接收数据.在发送和接收数据后，可根据存储MCU的数据再完成相应的工作。

在并口模式下读写数据到寄存器的参考程序如下：







本文介绍了TRF7970A芯片接口，其具有资源丰富、扩展性强、集成度高、简化电路设计等特点。用此芯片设计的NFC模块具有功耗低及可休眠、高可靠性、体积小、重量轻和稳定性高等优点。实验证明，该NFC模块可应用于移动支付、公共交通票务、门禁、电子海报等不同的领域。