RFID芯片T5557及其FSK读写器电路设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:T5557是兼容e555x的RFID芯片,但又具有与e555x系列芯片不同的新性能。文章着重介绍了T5557的新特点及工作原理,并对其RSK工作模式下读写器电路设计作了分析,最后给出了D类功放和FSK解调的应用电路。 关键词:RFID T5557 读写器 FSK D类功放 1 T5557的主要特点 T5557的Atmel公司生产的非接触式无源可读写RFID器件,这的工作频率(载波)为125kHz。可兼容e555x系列芯片。T5557芯片具有以下主要特性: *具有75pF的片上谐振电路电容; *7%26;#215;32bit EEPROM数据存储器(包含32bit的密码存储器); *独立的64位可追踪数据存储器; *EEPROM中的配置存储器可能设置芯片工作参数; *数据速率可在RF/2和RF/128之间的以2的幂次可选; *编码方式:NRZ、曼彻斯特及Biphase码; *调制方式:FSK、PSK、直接; *具有请求应答(AOR)、密码、常规读、直接访问等多种工作模式; *具有写保护特性; *OTP(一次可编程)功能。 2 T5557的应用系统构成 T5557的典型应用系统构成图如图1所示。图中,读写器向T5557(亦称之为tag)传送射频能量和读写命令,同时接收T5557芯片以负载调制方式送来的数据信号。 3 内部组成及工作原理 3.1 内部组成电路 实际上,T5557芯片的内部电路组成框图也示于图1,从图中可以看出,它由模拟前端、写解码、比特率产生器、调制器、模式寄存器、控制器、存储器、编程用高压产生器、测试逻辑等电路构成。其中:模拟前端电路主要完成芯片模拟信号的处理和变换,包括电流产生、时钟提取、载波中断(空隙gap)检测、负载调制、ESD保护等电路;写解码电路主要在读写器向芯片写数据时,用来解读有关写操作码,并对写数据流进行校验;HV产生器可产生对EEPROM进行编程写入所需的高电压;控制器主要完成四种功能,一是在上电(POR)有效后及读期间,用配置存储器数据(在EEPROM的块0中,见后述)装载模式寄存器,以保证芯片按设置方式工作。二是控制对存储器的访问。三是处理写命令和数据写入。四是在密码模式中,将接收操作码后的32位值与存贮的密码进行比较和判别;调制器用于实现FSK、PSK调制;T5557具有330位EEPROM存储器,其结构如图2所示,分为页0和页1两页。页0的块0是配置存储器。每块的位0是块锁存位,一旦锁存置位,本块(包括锁存位)不能通过射频再次编程。T5557中EEPROM的可追踪数据是指Atmel在生产制造测试过程所保留的众多识别数据,可供查询,这是e555x系列没有的。 此外,T5557中配置存储器的功能结构位图如图3所示。 3.2 T5557的初始化及读写器通信 电源上电后(POR有效),T5557将对存储在EEPROM块0中的数据进行初始化,此时若图3中的POR位为0,则在约3ms后按块0的调制参数设置进行调制。若需置位POR,则其初始化时间约为67ms。 在卡(tag)与读写器进行通信时:通常由卡将存贮在EEPROM中的数据以负载调制方式循环送至读写器。根据传送数据循环组织方式的不同又可分为常规(regular)读模式、块读模式和序列终止符模式。具体如下: (1)常规读模式:传送数据序列从块1的第一位开始至最后一块(最大为块7)的第32位。最后一块的块号由配置存储器的参数MAXBLK值确定。若MAXBLK为0或1,则不断传送块0或块1的数据。工作于此模式时,在传送循环结构数据之前其发送的第一位为逻辑0。 图3 (2)块读模式:在直接访问命令下工作时,仅有被寻址的块被读。在配置存储器PWD位置1时的密码模式下,对32位块的直接访问需要32位密码,若密码不匹配,则T5557会返回常规读模式。在块读模式下的第一位也为逻辑0。 (3)序列终止符模式(ST):这是与e5550兼容的一种方式,在数据传送开始和循环数据开始时插入一个序列ST(4位1组成),来实现与读写器的同步。但序列仅用于FSK和曼彻特码调制方式。ST序列第2和第4位时段负载调制在FSK模式时一直关断,在曼彻斯特码时一直接通。该方式通常由EEPROM块0的ST位置1实现。 3.3 读写器至卡的通信 读写器发出的命令和写数据可由中断载波形式空隙(gap)的方法来实现,并以两个gap之间的持续时间来编码0和1。当gap时间在50"150μs时,两gap之间的24Tc(Tc为载波周期)时间长为0,54Tc时间长为1,当大于64Tc时间长而无gap再出现时,T5557退出写模式。若命令正确,T5557将正常执行;若出现错误,则T5557转至常规读模式。 序列中的第一个gap被称为起始gap。为了便于T5557的检测,一般情况下,起始gap应大于其后的gap(见图4)。 图4 (1)写数据协议 读写器发出双位码,作为命令传送至T5557。命令的有关构成列于表1。 表1 命令表 命令 命令码 后续位构成 AOR 10 密码(第1~32位) 标准写 1P 锁定位L+数据(第1~32位)+地址(第2~0位) 保护写 1P 密码(第1~32位)+锁定位L+数据(第1~32为)+地址(第20位) 直接访问(PWD=1) 1P 密码(第1~32位)+0+地址(第2~0位) 直接访问(PWD=0) 1P 0+地址(第20位) 页0/1常规读 1P   Reset命令 00   注:表中P为页选择(P为0或1) (2)AOR(请求应答)模式(此地密码位PWD=1) 当AOR置1(块0),T5557在装载块0后并不调制,将等待来自读写器的有效AOR命令,以备唤醒。AOR命令利用密码激活匹配的T5557芯片,该命令可用于防止冲突,以选择所要的卡读写。 (3)编程写入 当所有写信息已被T5557正确接收时,便可编程写入。在写序列传送结束和编程之间有一段延迟。编程写入时间为5.6ms。编程写入成功后,T5557进入块读模式,并传送刚编程写入的块。一个完整的写序列成功的过程如图4所示。 图5 3.4 扩展模式(X-Mode) 在块0中将Master key(4位)设置为6或9并将X-Mode位置1,便可进入扩展模式。Master key等于9时可进入测试模式,等于6时不允许测试模式。其它Master key位置都不能使T5557进入X-Mode,即使X-Mode位置1也不能进入。扩展模式(和e555x不兼容)具有下列特点: *波特率:该波特率的值由块0的第9位至14位(n5至n0)的位值n来确定,波特率为fc/(2n+2),其中fc为载波频率。 *调制编码方式:由块0的第16至20位设置,编码不同于e555x兼容的方式。 *OTP功能:若块0的OTP(第24位)置1,所有锁存位置1,则所有块都是写保护的。若Master key值为6,则T5557的工作模式被锁存,即为OTP功能。若Master key值为9,则测试模式访问允许重构配置。 *序列开始标志:它由两位(10或01)组成,用于同步读写器,在每一块数据传送开始时插入,10和01是交替使用的。 *反向数据输出:使数据输出反向(即1与0反向,输出为其反)。 *快速写。快写模式时,两个Gap之间是12Tc时间长为0,是27Tc时间长为1。而在一个gap后,超过32Tc时间长而不出现下一个gap时,T5557将退出该快写模式。 4 FSK读写器电路设计 4.1 FSK调制 T5557芯片的FSK调制方式有FSK1、FSK2、FSK1a和FSK2a四种,其参数列于表2。一个典型的FSK调制波形如图5所示。 表2 T5557的FSK调制(fc为载波频率) 模式 数据0的频率f0 数据1的频率f1 FSK1 fc/5 fc/8 FSK2 fc/10 fc/8 FSK1a fc/8 fc/5 FSK2a fc/8 fc/10 4.2 FSK读写器 当T5556采用FSK调制模式时,其读写器应具有对应的解调电路,图6所示是一种FSK读写器的电路结构框图。它由4MHz晶振振荡器、分频器、载波功放、gap控制、包络检波、滤波放大、脉冲成形、FSK解调、微控制及与主机接口电路等组成。

关键字:rfid  芯片  读写器  电路

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