TI NFC 產(chǎn)品在智能電視中的應(yīng)用

 摘要

NFC 近場(chǎng)通信(Near Field Communication)是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸 (在十厘米內(nèi)) 交換數(shù)據(jù)。這個(gè)技術(shù)由射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)演變而來，且向下兼容RFID.通過在智能電視應(yīng)用NFC 技術(shù)，便于智能手機(jī)等設(shè)備和電視機(jī)實(shí)現(xiàn)快速配對(duì)，分享內(nèi)容。也可以實(shí)現(xiàn)帶NFC 功能遙控器與NFC 電視的輕松配對(duì)，鏡像模式在幾秒內(nèi)就能激活，并開始向大屏幕或家庭影院上傳輸流媒體內(nèi)容。 其實(shí)NFC 技術(shù)也用在藍(lán)牙的配對(duì)，手機(jī)支付，信息直接的交互與保存等應(yīng)用。

1 NFC 智能電視的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)采用了TI 的TRF7970A transceiver IC 作為電視機(jī)端，RF430CL330H NFCTag 應(yīng)用在遙控器端;在本系統(tǒng)中， 其基本功能應(yīng)用如下：

· TRF7970A 可以通過和RF430CL330H 的相互通信，實(shí)現(xiàn)電視和遙控器之間的配對(duì)，也就是目前2.4GHz 數(shù)據(jù)傳輸前的配對(duì);

· TRF7970A 可以和NFC 智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)WiFi 的快速配對(duì);

· RF430CL330H 可以和智能手機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到遙控器或者電視上面;

· 可以通過NFC 的空中接口對(duì)Firmware 的軟件升級(jí);

· TRF7970A 可以對(duì)標(biāo)簽的讀寫操作，實(shí)現(xiàn)電視的功能項(xiàng)選擇;

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

TRF7970A 滿足NFC 的三種功能通信方式：Reader/Write, Pear to Pear 和Card Emulaiton，完全滿足ISO/IEC18092, ISO/IEC21481 的NFC 標(biāo)準(zhǔn);可以完全與滿足NFC 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備端進(jìn)行信息的交互，RF430CL330H 是一款動(dòng)態(tài)的NFC Tag 芯片, 符合NFC Type 4 的標(biāo)準(zhǔn)，支持的數(shù)據(jù)速率可達(dá)848Kbps, SPI 接口可以MCU 進(jìn)行有效的溝通。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 TRF7970A 模塊硬件電路設(shè)計(jì)

TRF7970A 是一款13.56MHz RFID 高集成度的射頻前端芯片，完全支持NFC 的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)該芯片的ISO Control 寄存器進(jìn)行配置，可以設(shè)置成為不同模式的工作狀態(tài);TRF7970A 支持SPI 和并口兩種通訊接口模式，寬電壓(2.7V~5.5V)供電，內(nèi)部集成了LDO，支持5 種電源管理模式，在5V 供電的情況下輸出功率可達(dá)200mW。接收回路有兩路(RX1和RX2 )，相位相差90 度，保證接收的穩(wěn)定和可靠性，其基本的硬件電路如下圖所示：

圖2 TRF7970A 射頻前端電路

射頻前端匹配到50 歐姆的射頻阻抗，基本的匹配網(wǎng)絡(luò)如下所示：

圖3 TRF7970A 射頻前端匹配網(wǎng) 

2.2 TRF7970A 天線匹配電路構(gòu)建

TRF7970A 天線是一款50 歐姆的阻抗匹配天線，其基本的匹配電路如下所示：

圖4 TRF7970A 天線匹配電路

由于天線的材質(zhì)和尺寸大小不一樣，每一款生產(chǎn)出來的TRF7970A 天線匹配電路天線都要做完整的天線匹配，根據(jù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)Q 值，天線的電感值來對(duì)射頻前端的參數(shù)進(jìn)行完整的匹配。

2.3 RF430CL330H 模塊硬件電路設(shè)計(jì)

RF430CL330H 是一款滿足NFC Type 4 的動(dòng)態(tài)標(biāo)簽，支持ISO/IEC14443 Type B, 支持SPI和I2C 接口，有RF 喚醒功能的一款動(dòng)態(tài)標(biāo)簽;其基本的硬件電路如下：

圖5 RF430CL330H 基本參考電路

從該原理圖可以看出，外面很少的外圍器件就可以集成到別的芯片外圍電路上去，以實(shí)現(xiàn)快速的 NFC 功能。在該遙控器項(xiàng)目中，RF430CL330H 及外圍電路集成到遙控器的電路上，只是把線圈拿出來作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，這樣便于讀寫操作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括智能電視應(yīng)用中的各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)：有對(duì)TAG 的讀取以獲取特定電視或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)目的權(quán)限，有對(duì)藍(lán)牙配對(duì)WIFI 配對(duì)的需求實(shí)現(xiàn)快速建立藍(lán)牙與WIFI 的連接，另外電視可以通過P2P 功能獲取手機(jī)相關(guān)圖片，鏈接信息，實(shí)現(xiàn)信息的快速切換。也可以通過NFC 對(duì)Firmware 進(jìn)行無線升級(jí)。

3.1 標(biāo)簽讀取

TRF7970A 可支持ISO15693，ISO14443A/B 等標(biāo)簽的讀取(如圖6 所示)。

圖6 TRF7970A 支持的卡片標(biāo)準(zhǔn)

3.2 藍(lán)牙配對(duì)

根據(jù)NFC 論壇與藍(lán)牙SIG 聯(lián)盟定義的安全簡(jiǎn)易配對(duì)Bluetooth secure simple paring using NFC(NFCForum-AD-BTSSP)規(guī)范，將藍(lán)牙配對(duì)信息(如下數(shù)組)通過MCU 寫RF430CL330H 的NDEF 區(qū)域，當(dāng)任何具有NFC 功能的設(shè)備，讀取到該內(nèi)容后將自動(dòng)進(jìn)行藍(lán)牙配對(duì)的連接過程。

藍(lán)牙的OOB 數(shù)據(jù)格式如圖7 所示。包括OOB 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，藍(lán)牙設(shè)備地址與名稱，設(shè)備種類以及UUID。

藍(lán)牙的NDEF 寫入信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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 論壇定義的Simple NDEF Exchange Protocol(NFCForum-TS-SNEP)規(guī)范，其主要流程如下。手機(jī)可以通過P2P 的功能將相關(guān)的信息例如圖片，鏈接等與電視進(jìn)行快速交互。

圖8 P2P 的軟件操作流程

在P2P 中設(shè)備分為主動(dòng)模式Initiator 和被動(dòng)模式Target。TRF7970A 既可以作為Initiator 也可以作為Target。相對(duì)來說Target 模式下能夠有效節(jié)約功耗。

1. 主動(dòng)模式：設(shè)備本身會(huì)產(chǎn)生RF 電磁場(chǎng)

2. 被動(dòng)模式：設(shè)備使用感應(yīng)的電磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

圖9 P2P 的工作模式

3.4 Firmware Update

將MCU 的BSL 功能與NFC 的技術(shù)互相結(jié)合，通過P2P 的方式實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)。以TI 的MSP430 為例，BSL 的軟件主要包括Peripheral Interface(PI)，Command Interface 以及BSL_API。BSL 的軟件升級(jí)接口可以通過UART，SPI，那么將NFC 的接口與SPI 結(jié)合即可實(shí)現(xiàn)通過NFC 對(duì)軟件的升級(jí)。如圖10 所示。

圖10 BSL 軟件升級(jí)方式

其中NFC 的PI 主要包括三層：SPI 驅(qū)動(dòng)，RFID 硬件接口(與TRF7970A 的接口)以及NFC(NFC 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，P2P)功能。

圖11 NFC PI 結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)

隨著NFC 近場(chǎng)通信功能的不斷普及，以其傳輸速率快，安全性高等特點(diǎn)，在不同的領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。尤其在授權(quán)，支付，藍(lán)牙以及WIFI 配對(duì)方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，將NFC 的應(yīng)用引入智能電視，使得信息分享，通信連接更加方便快捷，將能夠極大提升用戶體驗(yàn)。