非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:本文介绍了非接触式IC卡芯片MCFR200的特点和工作原理,并对其在PSK工作模式下的读写器电路设计作了较详细的论述。该PSK解调方法亦可用于设计TYPE B型卡读写器BPSK的解调电路。PSK方式的优点是读出速度快捷。 关键词:非接触卡;MCRF200;读写器;PSK;负载调制 1 MCRF200简介 MCRF200是Microchip公司生产的非接触式可编程无源RFID器件,它的工作频率载波为125kHz。该器件有两种工作模式:初始Native模式和读模式。所谓初始模式是指MCRF200具有一个未被编程的存贮阵列,而且能够在非接触编程时提供一个缺损状态其波特率为载波频率fc的128分频,调制方式为FSK,数据码为NRZ码;而读模式是指在接触或非接触方式编程后的永久工作模式,在该模式下,MCRF200芯片中配置寄存器详见后述的锁存位CB12置1,芯片上电后,将依据配置寄存器的设置并按协议发送数据。 MCRF200的其它主要性能如下: ●带有一次可编程(OTP)的96位或128位用户存储器(支持48位或64位协议); ●内含整流和稳压电路; ●功率损耗极低; ●编码方式可在NRZ码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码之间选择; ●调制方式可在直接调制(ASK)、FSK、PSK1和PSK2(PSK1、PSK2定义见后述中选择); ●采用PDIP和SOIC封装形式。 2 MCRF200的工作原理 2.1 应用系统构成 MCRF200的典型应用系统构成如图1所示。图中,引脚VA和VB接电感L1和电容C1构成的外接谐振电路,该LC谐振电路的谐振频率为125kHz。读写器边的LC电路也谐振于125kHz则用于输出射频能量,同时可接收MCRF200芯片以负载调制方式送来的数据信号。 2.2 芯片内部组成原理 图3 MCRF200芯片的内部电路框图如图2所示,它由射频前端电路和存贮器电路两大块组成。其中,射频前端电路用于完成芯片所有的模拟信号处理和变换功能,包括电源、时钟、载波中断检测、上电复位、负载调制等电路。此外,它还用来实现编码、调制方式的逻辑控制;而配置寄存器电路则用于确定芯片的工作参数。该配置寄存器不能被非接触方式编程,因为它在非接触方式下已经被Microchip公司在生产时进行过编程。 配置寄存器各位的控制功能如下: ●CB1:用于设置存贮器阵列的大小。当CB1为1时,用户阵列为128位;为0时,其用户阵列为96位。 ●CB2、CB3、CB4位:该三位编码可用于设置波特率,其编码表列于表1。 ●CB5用来设置同步字。CB5为1时,有1.5位同步字;为0时,无同步字。 ●CB6与CB7:用于设置数据编码方式,具体见表2所列。 ●CB8与CB9:调制方式选择位,具体见表3。 ●CB10:PSK速率选择位。该位为1时选择fc/4;为0时则选择fc/2其中fc为载波频率。 ●CB11:该位总为0。 ●CB12:该位为0时,存贮阵列未锁定;为1时,存贮阵列被锁定。 表1 波特率设置表(fc为载波频率) CB2 CB3 CB4 波特率 CB2 CB3 CB4 波特率 0 0 0 fc/128 1 0 0 fc/64 0 0 1 fc/100 1 0 1 fc/50 0 1 0 fc/80 1 1 0 fc/40 0 1 1 fc/32 1 1 1 fc/16 表2 数据编码方式设置 CB7 0 0 1 1 CB6 0 1 0 1 编码方式 NRZ-L 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特码 反曼彻斯特码 表3 调制方式选择(fc为载波频率) CB9 CB8 市制方式 0 0 FSK:0为fc/8;1为fc/10 0 1 PSK1 1 0 直接 1 1 PSK2 3 PSK读写器电路设计 3.1 PSK调制 MCRF200的PSK调制方式有两种:PSK1和PSK2。采用PSK1调制时,每当相位在数据位的上升沿或下降沿时,将在从位起始处跳变180%26;#176;;而在PSK2调制时,相位将在数据位为1时从位起始处跳变180%26;#176;,为0时则相位不变。PSK1是一种绝对码方式,PSK2是一种相对码方式,因此,PSK读写器硬件只能按一种调制方式设计(如PSK1),而当要工作在另一调制方式时,可用软件进行转换。 图3所示是一个典型的PSK调制信号波形示意图,图中假设PSK速率为数据位速率的8倍。 3.2 PSK读写器 PSK读写器的电路结构如图4所示。它由4MHz晶体振荡器分频器、载波功放、包络检波器、滤波放大、脉冲成形器、相位比较器、微处理器及与主机接口电路等组成。 图4中,读写器发收两通道的信号流程已很清楚,这些电路的设计参考文献很多。下面仅就功率放大器、包络检波、PSK解调以及RS-232串口电路进行分析。 (1)功放电路 该PSK读写器的功放电路如图5所示。图中,T1、T2、T3用于组成B类放大器,L1、C1和C2串联谐振于125kHz,选通分频器输出的125kHz载波加至功放,L2和C3用于构成输出谐振电路,这样,在L2上将产生电磁场,从而保证卡芯片进入场区时能获得足够的载波能量而被激活。但L2所产生的场能量也有一定的限制,通常在30m处测试应不超过65dBμV(dBμV=20logμV)。 (2)包络检波电路 非接触IC卡的负载调制通常采用AM方式,读写器中的载波解调采用简单的包络检波电路,图5中,D3和D4的作用是对芯片负载调制信号进行全波检波,以检出PSK包络。 而R8和C5组成的低通滤波器则应满足包络检波条件,即: R8C5≥(5-10)/ωC 式中:ωC为载波角频率。但应注意为了减小惰性失真,R8 和C5不应取值过大。 (3)PSK解调器电路 PSK解调电路是读写器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码的关键电路,其具体电路见图6所示。图中,从脉冲形成电路送出的62.5kHz的PSK方波信号假定配置寄存器CB10位为0,即PSK速率为fc/2加至触发器D3的时钟输入端。触发器D3的数据输入端D加入的是由125kHz载波基准形成的62.5kHz基准方波信号,这样,若时钟与D输入端两信号相位差为90%26;#176;或相位差不偏至0%26;#176;或180%26;#176;附近,则触发器D3的Q端输出信号将是可由微控制器MCU读入的数据NRZ码。 分频器输出的125kHz方波基准信号经触发器D2变换为62.5kHz的方波,而异或门1利用触发器输出D1的高低电平变化则可使加至触发器D2的125kHz基准信号相位改变180%26;#176;,该180%26;#176;的相位变化在触发器D2的Q输出端会产生90%26;#176;的相移。 而基准62.5kHz信号在经异或门4后将产生125kHz脉冲信号R3C3产生延迟。同样,也将产生62.5kHz的PSK数据信号,在经R2、C2和异或门后,也将产生125kHz的脉冲信号。这两信号可在触发器D4中进行相位比较以在触发器D4的Q端输出125kHz信号,其占空比正比于两信号间的相位差。当两个62.5kHz信号的相位差为90%26;#176;时,其占空比为50%,这对于PSK解调是理想的,若它们的相位差偏离90%26;#176;而向0%26;#176;或180%26;#176;偏移时,其占空比也将同时减小或增大。 由R1和C1构成的滤波电路输出的直流电平大小正比于相位差,该直流电压加至一个窗口检测电路。若直流电平靠近中间,则窗口检测器输出1为高,输出2为低,异或非后为低,因而不改变触发器D1的Q输出状态;若直流电平过高,则窗口检测器1、2输出端都为高;此时,若直流电平较低,则窗口检测器1、2输出端都为低。即触发器D4输出的占空比过大或过小时,窗口检测器的输出会使触发器D1的时钟输入端产生上跳变化,从而引起触发器D1输出Q的电平变化而使触发器D2输出发生90%26;#176;相移,最终使触发器D3达到最佳的PSK解调状态。 4 结束语 本文介绍了非接触式IC卡芯片MCRF200及其在PSK工作模式下读写器硬件电路的设计思想和设计方法。MCRF200的PSK工作模式的TYPE A/B型卡的副载波调制方式有一定的相似性,因此本文介绍的PSK解调电路的设计方法也可供TYPE A/B型卡读写器副载波解调电路设计时参考。

关键字:非接触卡  接触  读写器  电路

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/RFID/200703/2002.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
非接触卡
接触
读写器
电路

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved