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TI NFC 产品在智能电视中的应用设计

作者:angelazhang时间:2015-02-03浏览次数:2307

1 NFC智能电视的系统结构和总体设计方案

本文设计采用了TI的TRF7970A transceiver IC作为电视机端,RF430CL330H NFCTag应用在遥控器端;在本系统中,其基本功能应用如下:

。TRF7970A可以通过和RF430CL330H的相互通信,实现电视和遥控器之间的配对,也就是目前2.4GHz数据传输前的配对;

。TRF7970A可以和NFC智能手机实现WiFi的快速配对;

。RF430CL330H可以和智能手机之间的通信,实现手机的数据信息转换到遥控器或者电视上面;

。可以通过NFC的空中接口对Firmware的软件升级;

。TRF7970A可以对标签的读写操作,实现电视的功能项选择;



图1系统结构框图


TRF7970A满足NFC的三种功能通信方式:Reader/Write,Pear to Pear和Card Emulaiton,完全满足ISO/IEC18092,ISO/IEC21481的NFC标准;可以完全与满足NFC标准的设备端进行信息的交互,RF430CL330H是一款动态的NFC Tag芯片,符合NFC Type 4的标准,支持的数据速率可达848Kbps,SPI接口可以MCU进行有效的沟通。

2硬件电路设计

2.1 TRF7970A模块硬件电路设计

TRF7970A是一款13.56MHz RFID高集成度的射频前端芯片,完全支持NFC的协议标准,通过对该芯片的ISO Control寄存器进行配置,可以设置成为不同模式的工作状态;TRF7970A支持SPI和并口两种通讯接口模式,宽电压(2.7V~5.5V)供电,内部集成了LDO,支持5种电源管理模式,在5V供电的情况下输出功率可达200mW.接收回路有两路(RX1和RX2),相位相差90度,保证接收的稳定和可靠性,其基本的硬件电路如下图所示:



图2 TRF7970A射频前端电路


射频前端匹配到50欧姆的射频阻抗,基本的匹配网络如下所示:



图3 TRF7970A射频前端匹配网


2.2 TRF7970A天线匹配电路构建

TRF7970A天线是一款50欧姆的阻抗匹配天线,其基本的匹配电路如下所示:



图4 TRF7970A天线匹配电路


由于天线的材质和尺寸大小不一样,每一款生产出来的TRF7970A天线匹配电路天线都要做完整的天线匹配,根据设计的系统Q值,天线的电感值来对射频前端的参数进行完整的匹配。

2.3 RF430CL330H模块硬件电路设计

RF430CL330H是一款满足NFC Type 4的动态标签,支持ISO/IEC14443 Type B,支持SPI和I2C接口,有RF唤醒功能的一款动态标签;其基本的硬件电路如下:



图5 RF430CL330H基本参考电路


从该原理图可以看出,外面很少的外围器件就可以集成到别的芯片外围电路上去,以实现快速的NFC功能。在该遥控器项目中,RF430CL330H及外围电路集成到遥控器的电路上,只是把线圈拿出来作为一个独立的模块,这样便于读写操作。

3系统软件设计

系统软件设计主要包括智能电视应用中的各项功能的实现:有对TAG的读取以获取特定电视或者网络节目的权限,有对蓝牙配对WIFI配对的需求实现快速建立蓝牙与WIFI的连接,另外电视可以通过P2P功能获取手机相关图片,链接信息,实现信息的快速切换。也可以通过NFC对Firmware进行无线升级。

3.1标签读取

TRF7970A可支持ISO15693,ISO14443A/B等标签的读取(如图6所示)。



图6 TRF7970A支持的卡片标准

 

3.2蓝牙配对

根据NFC论坛与蓝牙SIG联盟定义的安全简易配对Bluetooth secure simple paring using NFC(NFCForum-AD-BTSSP)规范,将蓝牙配对信息(如下数组)通过MCU写RF430CL330H的NDEF区域,当任何具有NFC功能的设备,读取到该内容后将自动进行蓝牙配对的连接过程。

蓝牙的OOB数据格式如图7所示。包括OOB数据长度,蓝牙设备地址与名称,设备种类以及UUID.



图7 NDEF中的蓝牙OOB数据格式


蓝牙的NDEF写入信息数据结构如下:

Unsigned char NDEF_Application_Data[]=

{

//NDEF Tag Application Name

0xD2,0x76,0x00,0x00,0x85,0x01,0x01,

//Capability Container ID

0xE1,0x03,

//Capability Container

0x00,0x0F,//CCLEN

0x20,//Mapping version 2.0

0x00,0x3B,//MLe(49 bytes); Maximum R-APDU data size

0x00,0x34,//MLc(52 bytes); Maximum C-APDU data size

0x04,//Tag,File Control TLV(4 = NDEF file)

0x06,//Length,File Control TLV(6 = 6 bytes of data for this tag)

0xE1,0x04,//File Identifier

0x0C,0x02,//Max NDEF size(3072 bytes)

0x00,//NDEF file read access condition,read access without any security

0x00,//NDEF file write access condition; write access without any security

//NDEF File ID

0xE1,0x04,

0x00,0x44,//NLEN; NDEF length(68 byte long message)

0xD2,//MB=1b,ME=1b,CF=0b,SR=1b,IL=0b,TNF=010b

0x20,//Record Type Length:32 octets

0x21,//payload length:33 octets;

0x61,0x70,0x70,0x6C,0x69,0x63,0x61,0x74,0x69,0x6F,0x6E,0x2F,0x76,

0x6E,0x64,0x2E,0x62,0x6C,0x75,0x65,0x74,0x6F,0x6F,0x74,0x68,0x2E,

0x65,0x70,0x2E,0x6F,0x6F,0x62,//Record Type Name:application/vnd.blue

//tooth.ep.oob

0x21,0x00,//OOB optional data length:33 octets

0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x01,//bluetooth device address:

//01:02:03:04:05:06(example address only)

0x0D,//EIR Data Length:13 octets

0x09,//EIR Data Type:Complete Local Name

0x48,0x65,0x61,0x64,0x53,0x65,0x74,0x20,0x4E,0x61,0x6D,0x65,//

//Bluetooth Local Name:HeadSet Name

0x04,//EIR Data Length:4 octets

0x0D,//EIR Data Type:Class of device

0x04,0x04,0x20,//Class of Device:0x20:Service Class=

//Audio,0x04:Major Device Class=Audio/Video,0x04:Minor Device Class=Wearable //Headset Device

0x05,//EIR Data Length:5 octets

0x03,//EIR Data type:16-bit Service Class UUID list(complete)

0x1E,0x11,0x0B,0x11 //16-bit Service Class UUID list(complete);0x111E–

//HFP-HF,0x011B?A2DP-SNK

};

3.3 Peer to Peer

P2P是基于NFC论坛定义的Simple NDEF Exchange Protocol(NFCForum-TS-SNEP)规范,其主要流程如下。手机可以通过P2P的功能将相关的信息例如图片,链接等与电视进行快速交互。



图8 P2P的软件操作流程


在P2P中设备分为主动模式Initiator和被动模式Target.TRF7970A既可以作为Initiator也可以作为Target.相对来说Target模式下能够有效节约功耗。

1.主动模式:设备本身会产生RF电磁场

2.被动模式:设备使用感应的电磁场进行数据传输



图9 P2P的工作模式


3.4 Firmware Update

将MCU的BSL功能与NFC的技术互相结合,通过P2P的方式实现软件升级。以TI的MSP430为例,BSL的软件主要包括Peripheral Interface(PI),Command Interface以及BSL_API.BSL的软件升级接口可以通过UART,SPI,那么将NFC的接口与SPI结合即可实现通过NFC对软件的升级。如图10所示。



图10 BSL软件升级方式


其中NFC的PI主要包括三层:SPI驱动,RFID硬件接口(与TRF7970A的接口)以及NFC(NFC协议的实现,P2P)功能。



图11 NFC PI结构


4总结

随着NFC近场通信功能的不断普及,以其传输速率快,安全性高等特点,在不同的领域都有着广泛的应用。尤其在授权,支付,蓝牙以及WIFI配对方面有着突出的优势,将NFC的应用引入智能电视,使得信息分享,通信连接更加方便快捷,将能够极大提升用户体验。



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