TI NFC 产品在智能电视中的应用设计

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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。