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RFID芯片T5557及其FSK讀寫器電路設(shè)計
摘要:T5557是兼容e555x的RFID芯片,但又具有與e555x系列芯片不同的新性能。文章著重介紹了T5557的新特點及工作原理,并對其RSK工作模式下讀寫器的電路設(shè)計作了分析,最后給出了D類功放和FSK解調(diào)的應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞:RFIDT5557讀寫器FSKD類功放
1T5557的主要特點
T5557的Atmel公司生產(chǎn)的非接觸式無源可讀寫RFID器件,這的工作頻率(載波)為125kHz?杉嫒輊555x系列芯片。T5557芯片具有以下主要特性:
*具有75pF的片上諧振電路電容;
*7×32bitEEPROM數(shù)據(jù)存儲器(包含32bit的密碼存儲器);
*獨立的64位可追蹤數(shù)據(jù)存儲器;
*EEPROM中的配置存儲器可能設(shè)置芯片工作參數(shù);
*數(shù)據(jù)速率可在RF/2和RF/128之間的以2的冪次可選;
*編碼方式:NRZ、曼徹斯特及Biphase碼;
*調(diào)制方式:FSK、PSK、直接;
*具有請求應(yīng)答(AOR)、密碼、常規(guī)讀、直接訪問等多種工作模式;
*具有寫保護特性;
*OTP(一次可編程)功能。
2T5557的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成
T5557的典型應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。圖中,讀寫器向T5557(亦稱之為tag)傳送射頻能量和讀寫命令,同時接收T5557芯片以負載調(diào)制方式送來的數(shù)據(jù)信號。
3內(nèi)部組成及工作原理
3.1內(nèi)部組成電路
實際上,T5557芯片的內(nèi)部電路組成框圖也示于圖1,從圖中可以看出,它由模擬前端、寫解碼、比特率產(chǎn)生器、調(diào)制器、模式寄存器、控制器、存儲器、編程用高壓產(chǎn)生器、測試邏輯等電路構(gòu)成。其中:模擬前端電路主要完成芯片模擬信號的處理和變換,包括電流產(chǎn)生、時鐘提取、載波中斷(空隙gap)檢測、負載調(diào)制、ESD保護等電路;寫解碼電路主要在讀寫器向芯片寫數(shù)據(jù)時,用來解讀有關(guān)寫操作碼,并對寫數(shù)據(jù)流進行校驗;HV產(chǎn)生器可產(chǎn)生對EEPROM進行編程寫入所需的高電壓;控制器主要完成四種功能,一是在上電(POR)有效后及讀期間,用配置存儲器數(shù)據(jù)(在EEPROM的塊0中,見后述)裝載模式寄存器,以保證芯片按設(shè)置方式工作。二是控制對存儲器的訪問。三是處理寫命令和數(shù)據(jù)寫入。四是在密碼模式中,將接收操作碼后的32位值與存貯的密碼進行比較和判別;調(diào)制器用于實現(xiàn)FSK、PSK調(diào)制;T5557具有330位EEPROM存儲器,其結(jié)構(gòu)如圖2所示,分為頁0和頁1兩頁。頁0的塊0是配置存儲器。每塊的位0是塊鎖存位,一旦鎖存置位,本塊(包括鎖存位)不能通過射頻再次編程。T5557中EEPROM的可追蹤數(shù)據(jù)是指Atmel在生產(chǎn)制造測試過程所保留的眾多識別數(shù)據(jù),可供查詢,這是e555x系列沒有的。
此外,T5557中配置存儲器的功能結(jié)構(gòu)位圖如圖3所示。
3.2T5557的初始化及讀寫器通信
電源上電后(POR有效),T5557將對存儲在EEPROM塊0中的數(shù)據(jù)進行初始化,此時若圖3中的POR位為0,則在約3ms后按塊0的調(diào)制參數(shù)設(shè)置進行調(diào)制。若需置位POR,則其初始化時間約為67ms。
在卡(tag)與讀寫器進行通信時:通常由卡將存貯在EEPROM中的數(shù)據(jù)以負載調(diào)制方式循環(huán)送至讀寫器。根據(jù)傳送數(shù)據(jù)循環(huán)組織方式的不同又可分為常規(guī)(regular)讀模式、塊讀模式和序列終止符模式。具體如下:
。1)常規(guī)讀模式:傳送數(shù)據(jù)序列從塊1的第一位開始至最后一塊(最大為塊7)的第32位。最后一塊的塊號由配置存儲器的參數(shù)MAXBLK值確定。若MAXBLK為0或1,則不斷傳送塊0或塊1的數(shù)據(jù)。工作于此模式時,在傳送循環(huán)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之前其發(fā)送的第一位為邏輯0。
圖3
。2)塊讀模式:在直接訪問命令下工作時,僅有被尋址的塊被讀。在配置存儲器PWD位置1時的密碼模式下,對32位塊的直接訪問需要32位密碼,若密碼不匹配,則T5557會返回常規(guī)讀模式。在塊讀模式下的第一位也為邏輯0。
。3)序列終止符模式(ST):這是與e5550兼容的一種方式,在數(shù)據(jù)傳送開始和循環(huán)數(shù)據(jù)開始時插入一個序列ST(4位1組成),來實現(xiàn)與讀寫器的同步。但序列僅用于FSK和曼徹特碼調(diào)制方式。ST序列第2和第4位時段負載調(diào)制在FSK模式時一直關(guān)斷,在曼徹斯特碼時一直接通。該方式通常由EEPROM塊0的ST位置1實現(xiàn)。
3.3讀寫器至卡的通信
讀寫器發(fā)出的命令和寫數(shù)據(jù)可由中斷載波形式空隙(gap)的方法來實現(xiàn),并以兩個gap之間的持續(xù)時間來編碼0和1。當(dāng)gap時間在50~150μs時,兩gap之間的24Tc(Tc為載波周期)時間長為0,54Tc時間長為1,當(dāng)大于64Tc時間長而無gap再出現(xiàn)時,T5557退出寫模式。若命令正確,T5557將正常執(zhí)行;若出現(xiàn)錯誤,則T5557轉(zhuǎn)至常規(guī)讀模式。
序列中的第一個gap被稱為起始gap。為了便于T5557的檢測,一般情況下,起始gap應(yīng)大于其后的gap(見圖4)。
圖4
。1)寫數(shù)據(jù)協(xié)議
讀寫器發(fā)出雙位碼,作為命令傳送至T5557。命令的有關(guān)構(gòu)成列于表1。
表1命令表
命令命令碼
后續(xù)位構(gòu)成
AOR10密碼(第1~32位)標(biāo)準(zhǔn)寫1P鎖定位L+數(shù)據(jù)(第1~32位)+地址(第2~0位)保護寫1P密碼(第1~32位)+鎖定位L+數(shù)據(jù)(第1~32為)+地址(第20位)直接訪問(PWD=1)1P密碼(第1~32位)+0+地址(第2~0位)直接訪問(PWD=0)1P0+地址(第20位)頁0/1常規(guī)讀1PReset命令00
注:表中P為頁選擇(P為0或1)
。2)AOR(請求應(yīng)答)模式(此地密碼位PWD=1)
當(dāng)AOR置1(塊0),T5557在裝載塊0后并不調(diào)制,將等待來自讀寫器的有效AOR命令,以備喚醒。AOR命令利用密碼激活匹配的T5557芯片,該命令可用于防止沖突,以選擇所要的卡讀寫。
。3)編程寫入
當(dāng)所有寫信息已被T5557正確接收時,便可編程寫入。在寫序列傳送結(jié)束和編程之間有一段延遲。編程寫入時間為5.6ms。編程寫入成功后,T5557進入塊讀模式,并傳送剛編程寫入的塊。一個完整的寫序列成功的過程如圖4所示。
圖5
3.4擴展模式(X-Mode)
在塊0中將Masterkey(4位)設(shè)置為6或9并將X-Mode位置1,便可進入擴展模式。Masterkey等于9時可進入測試模式,等于6時不允許測試模式。其它Masterkey位置都不能使T5557進入X-Mode,即使X-Mode位置1也不能進入。擴展模式(和e555x不兼容)具有下列特點:
*波特率:該波特率的值由塊0的第9位至14位(n5至n0)的位值n來確定,波特率為fc/(2n+2),其中fc為載波頻率。
*調(diào)制編碼方式:由塊0的第16至20位設(shè)置,編碼不同于e555x兼容的方式。
*OTP功能:若塊0的OTP(第24位)置1,所有鎖存位置1,則所有塊都是寫保護的。若Masterkey值為6,則T5557的工作模式被鎖存,即為OTP功能。若Masterkey值為9,則測試模式訪問允許重構(gòu)配置。
*序列開始標(biāo)志:它由兩位(10或01)組成,用于同步讀寫器,在每一塊數(shù)據(jù)傳送開始時插入,10和01是交替使用的。
*反向數(shù)據(jù)輸出:使數(shù)據(jù)輸出反向(即1與0反向,輸出為其反)。
*快速寫。快寫模式時,兩個Gap之間是12Tc時間長為0,是27Tc時間長為1。而在一個gap后,超過32Tc時間長而不出現(xiàn)下一個gap時,T5557將退出該快寫模式。
4FSK讀寫器電路設(shè)計
4.1FSK調(diào)制
T5557芯片的FSK調(diào)制方式有FSK1、FSK2、FSK1a和FSK2a四種,其參數(shù)列于表2。一個典型的FSK調(diào)制波形如圖5所示。
表2T5557的FSK調(diào)制(fc為載波頻率)
模式數(shù)據(jù)0的頻率f0數(shù)據(jù)1的頻率f1FSK1fc/5fc/8FSK2fc/10fc/8FSK1afc/8fc/5FSK2afc/8fc/10
4.2FSK讀寫器
當(dāng)T5556采用FSK調(diào)制模式時,其讀寫器應(yīng)具有對應(yīng)的解調(diào)電路,圖6所示是一種FSK讀寫器的電路結(jié)構(gòu)框圖。它由4MHz晶振振蕩器、分頻器、載波功放、gap控制、包絡(luò)檢波、濾波放大、脈沖成形、FSK解調(diào)、微控制及與主機接口電路等組成。
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