探秘PN7160/PN7161 NFC控制器：設計、特性與應用

一、引言

在當今的科技世界里，近場通信（NFC）技術已經無處不在，它為移動支付、數(shù)據傳輸、智能設備交互等領域帶來了極大的便利。NXP的PN7160和PN7161 NFC控制器，憑借其強大的功能和出色的性能，在眾多NFC解決方案中脫穎而出。今天，我們就來深入了解一下這兩款控制器。

文件下載：PN7161B1EV C100Y.pdf

二、產品概述

2.1 總體介紹

PN7160和PN7161是帶有NCI接口和集成固件的NFC控制器。其中，PN7161在PN7160的基礎上，還支持蘋果的“Enhanced Contactless Polling”（ECP）功能，但該功能需正式授權后才可使用。在后續(xù)的文檔描述中，若無特殊說明，PN7160將指代PN7160和PN7161。

2.2 設計優(yōu)勢

PN7160專為集成在移動設備和符合NFC標準（NFC Forum、NCI）的設備而設計。它基于NXP上一代NFC設備的經驗進行開發(fā)，具備諸多優(yōu)勢：

• 低PCB占用面積和減少外部物料清單：有助于減小設備體積，降低成本。
• 優(yōu)化架構實現(xiàn)低功耗：在不同模式（如待機、低功耗輪詢循環(huán)）下均可有效降低功耗。
• 高效集成電源管理單元：允許直接從2.8V至5.5V的擴展電池供電范圍獲取電源，還支持外接如NXP PCA941xA的DC - DC轉換器以提供更多輸出功率。

2.3 射頻前端特性

PN7160嵌入了新一代射頻非接觸式前端，支持多種傳輸模式，如NFCIP - 1、NFCIP - 2、ISO/IEC14443、ISO/IEC 15693、MIFARE和FeliCa等規(guī)范。其優(yōu)勢在于：

• 高性能：一方面具有更高的靈敏度，另一方面能夠在有源負載調制通信中工作，支持小天線形狀因子。
• 高輸出功率：通過從2.7V至5.25V為發(fā)射機輸出級供電，可提供更高的輸出功率，達到1.3W。
• 靈活的負載調制：具備增強的動態(tài)負載調制幅度（DLMA）功能，可根據外部場強優(yōu)化和增強負載調制幅度，在卡模式下實現(xiàn)更遠的通信距離；還能對A、B和F類型進行獨立的LMA相位調整，步長為5°。
• 動態(tài)功率控制：在讀取器模式下可充分利用最大功率，同時不超過標準規(guī)定的零距離最大允許功率。
• 高靈敏度接收：卡模式接收機靈敏度達到20mV?????，并支持單端接收機。

三、功能特性與優(yōu)勢

3.1 高度集成的模塊

PN7160擁有高度集成的解調器和解碼器、帶緩沖的輸出驅動器，可使用最少的外部組件連接天線。此外，還集成了RF電平檢測器和自動設備發(fā)現(xiàn)的輪詢循環(huán)，大大簡化了設計過程。

3.2 廣泛的協(xié)議支持

RF協(xié)議方面，它支持眾多標準和模式，包括ISO/IEC 14443A、B的PICC和PCD模式、FeliCa PCD模式、MIFARE PCD加密機制（MIFARE 1K/4K）、NFC Forum標簽T1T - T5T、NFCIP - 1和NFCIP - 2協(xié)議、NFC Forum P2P、讀取器和卡模式認證以及ISO/IEC 15693/ICODE VCD模式等。PN7161還支持蘋果的“Enhanced Contactless Polling”。

3.3 豐富的主機接口

支持NCI協(xié)議接口（符合NFC Forum標準化）、I2C - bus高速模式和SPI - bus，并且通過靈活的時鐘供應概念，便于與其他設備集成。內部振蕩器可連接27.12MHz晶體，集成的PLL單元可利用設備參考時鐘，為系統(tǒng)設計提供了更多的靈活性。

3.4 智能電源管理

集成的電源管理單元可直接連接電池（2.5V至5.5V電壓供應范圍），支持不同的低功耗狀態(tài)配置，如硬電源關閉狀態(tài)和由固件激活的待機狀態(tài)。即使主機關閉，也能進入自主模式，并可通過RF場、內部定時器和主機接口自動喚醒。

3.5 數(shù)據存儲與安全

集成非易失性存儲器，可存儲數(shù)據和可執(zhí)行代碼以實現(xiàn)定制化功能，還具備抗撕裂支持，確保在撕裂事件發(fā)生后能正?；謴汀?/p>

3.6 標準合規(guī)性

完全符合NFC Forum設備要求和NCI 2.0標準，保證了其在NFC生態(tài)系統(tǒng)中的兼容性和互操作性。

四、應用場景

PN7160/PN7161的應用范圍十分廣泛，涵蓋了以下領域：

• 移動設備：如智能手機、平板電腦等，實現(xiàn)移動支付、數(shù)據傳輸?shù)裙δ堋?/li>
• 便攜式設備：包括個人數(shù)字助理、筆記本電腦、可穿戴設備等，為設備之間的近距離交互提供支持。
• 消費設備：如智能家電、智能家居等，實現(xiàn)設備的智能控制和互聯(lián)。
• 智能家居網關：作為智能家居系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)不同設備之間的通信和管理。

五、性能參數(shù)速覽

六、固件版本

6.1 版本12.50.09

• 支持在自主NDEF模式下從NFC進行NDEF寫入。
• 在EMVCo配置文件中支持ECP（僅PN7161）。
• 優(yōu)化了啟用ECP時的卡移除程序（僅PN7161）。
• 為ISO/IEC 15693添加了PRBS支持。此版本僅作為固件更新文件提供，硬件上不可用。

6.2 版本12.50.06

• 進行了更改以支持NFC Forum CR12。
• 添加了用于配置動態(tài)功率控制（DPC）的輔助命令。同樣，此版本僅作為固件更新文件提供，硬件上不可用。

6.3 版本12.50.05

這是初始版本，生產樣品將搭載此版本的固件。

七、訂購信息

PN7160和PN7161有不同的封裝和配置可供選擇，如VFBGA64和HVQFN40封裝。同時，不同的型號對應不同的控制接口（I2C - bus或SPI - bus）和固件版本。具體的產品變體和訂購信息可參考文檔中的詳細表格。

八、標記信息

8.1 VFBGA64封裝標記

標記信息包含產品版本標識、擴散批次序列號、組裝批次ID、制造代碼等，通過不同的行進行區(qū)分，其中制造代碼還包含擴散中心代碼、組裝中心代碼、RoHS合規(guī)指示符、制造年份和周以及產品生命周期狀態(tài)代碼。

8.2 HVQFN40封裝標記

標記信息同樣包括產品版本標識、擴散批次ID、組裝ID號和制造代碼等，不同的行有不同的含義。

九、功能描述

9.1 系統(tǒng)模式

9.1.1 系統(tǒng)電源模式

• 全功率模式：電池供電（V BAT ）和焊盤供電（V DD(PAD) ）均可用，即使主系統(tǒng)關閉，也可在卡模擬模式下顯示NDEF消息。
• 自主模式：在特定條件下，即使主機關閉，設備也能獨立工作。
• 低功率模式：電池供電可用，但焊盤供電不可用，此時僅支持卡模擬模式。
• 電源關閉模式：系統(tǒng)未從任何電源獲取供電或處于硬電源關閉狀態(tài)。

9.1.2 PN7160電源狀態(tài)

• 硬電源關閉（HPD）狀態(tài)：通過設置VEN電壓< 0.4V進入，此時PN7160的功耗最低。
• 待機狀態(tài)：由主機或軟件編程使VEN電壓為高，部分PN7160模塊保持供電，可通過多種喚醒源（如主機接口、天線RF電平檢測器、內部定時器）切換到活動狀態(tài)。
• 活動狀態(tài)：又分為空閑、監(jiān)聽和輪詢三種子模式。在空閑模式下，RF接口未激活；在監(jiān)聽模式下，設備監(jiān)聽外部設備；在輪詢模式下，設備主動搜索和通信。

9.2 主機接口

PN7160支持I2C - bus目標接口（最高3.4 MBaud）和SPI - bus目標接口（最高7 MBaud），但同一時間只能激活一個接口。接口選擇在IC制造過程中確定，不同的訂購編號對應不同的接口版本。主機接口可通過WKUP_REQ輸入引腳或I2C - bus地址喚醒。

十、總結

PN7160和PN7161 NFC控制器以其高度集成、低功耗、廣泛的協(xié)議支持和靈活的電源管理等特性，為各種NFC應用提供了強大而可靠的解決方案。無論是移動設備還是智能家居領域，它們都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設計NFC相關產品時，可以充分考慮這兩款控制器，以實現(xiàn)更高效、更便捷的通信功能。大家在實際應用中，是否遇到過類似NFC控制器的一些特殊需求或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。