《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無(wú)源RFID芯片H4006及其應(yīng)用
摘要: H4006的工作頻率范圍為10~15MHz,,通常選用13.56MHz來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別,。片內(nèi)有一個(gè)64位可編程存儲(chǔ)器,可用于存儲(chǔ)相關(guān)信息,。
Abstract:
Key words :

  1 H4006芯片介紹

  H4006的工作頻率范圍為10~15MHz,,通常選用13.56MHz來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別,。片內(nèi)有一個(gè)64位可編程存儲(chǔ)器,可用于存儲(chǔ)相關(guān)信息,。 H4006的信息傳輸方式采用負(fù)載調(diào)制,,編碼為密勒碼(Miller),數(shù)據(jù)傳輸速率為 26484波特(亦可為其它速率,但需預(yù)先選定),。由于H4006內(nèi)含諧振電路和電源濾波電容,,因而使用更方便。H4006在無(wú)線方式下為只讀存貯卡,,其編程采用在線編程方式,。

  2工作原理

  2.1內(nèi)部電路框圖

  H4006由諧振電路、時(shí)鐘提取,、分頻鏈,、整流電路、電源管理,、存儲(chǔ)器,、Miller碼產(chǎn)生、負(fù)載調(diào)制電路等組成,,其電路框圖如圖1所示,。

  

  當(dāng)整流電路將耦合的射頻(13.56MHz)信號(hào)進(jìn)行整流并經(jīng)濾波電容C2平滑后,電源管理電路將在電源電壓達(dá)到內(nèi)部電路工作電壓時(shí)激活卡內(nèi)電路,, 13.56MHz信號(hào)被分頻鏈電路分頻(分頻系數(shù)為512),,可產(chǎn)生26.484kHz的時(shí)鐘,此時(shí)鐘即是數(shù)據(jù)傳送的波特率,。如果希望將分頻系數(shù)定為 128,、256、1024,、2048,、4096或8192,則需預(yù)先選定,。存儲(chǔ)在LASERROM中的信息(64位)經(jīng)讀出后,,可通過(guò)Miller碼產(chǎn)生器產(chǎn)生Miller碼,同時(shí)可用該Miller碼進(jìn)行負(fù)載調(diào)制,,并將存儲(chǔ)信息送出,。

  2.2電感的參數(shù)設(shè)置

  電感L1是該卡上唯一的外接元件,由于諧振電容C1已集成于片內(nèi),,因此,,在13.56MHz時(shí)L1的電感值應(yīng)為1.4μH。為保證載波傳送和負(fù)載調(diào)制的效果,,其Q值選擇在30~40之間為宜,。

  2.3輸出序列

  卡信息的輸出通常以表1所列的序列循環(huán)重復(fù)。該輸出序列為一個(gè)82位的標(biāo)準(zhǔn)信息結(jié)構(gòu)(STDMS)加9位空隙(Pause),。STDMS結(jié)構(gòu)位采用密勒碼,,而9位空隙不用密勒碼,。在空隙位,負(fù)載調(diào)制器開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)(OFF),,空隙位電平為低,。

  表1中,64位數(shù)據(jù)的構(gòu)成如下:

  

  1~5位為晶片號(hào)組合設(shè)置位,,每一晶片有一號(hào)碼,,它們可在1~25之間設(shè)置。

  6~9位是制造廠保留位,。

  10~19位為IC名稱位,,共10位。

  20~32位為用戶標(biāo)識(shí)(ID)位,,共13位,,它們可由廠家定義。

  33~50位為擴(kuò)展號(hào)位,,共18位,這是唯一的系統(tǒng)號(hào)碼,。

  51~64位為IC位置號(hào)設(shè)置位,,共14位,可用于指示被加工晶片的精確位置,。

  表1中的CRC碼生成的多項(xiàng)式為x16+x12+x5+1,,它符合CCITT/ISO3309-1984標(biāo)準(zhǔn)。CRC碼由64位數(shù)據(jù)計(jì)算生成,,并可用移位寄存器實(shí)現(xiàn),。該寄存器在每個(gè)停止位時(shí)復(fù)零。

  另外,,輸出序列中的起始位通常為邏輯1,,停止位為邏輯0。

  2.4密勒碼

  在數(shù)據(jù)傳送中,,采用密勒碼調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是Miller碼中帶有時(shí)鐘信息,,且具有較好的抗干擾能力。

  

  密勒碼的編碼方法見表2,,其波形時(shí)序如圖2所示,。

  

  雖然密勒碼的編碼規(guī)則是停止位為邏輯0,但其電平隨其前一STMDS位編碼電平的不同而不同,。利用9位空隙(Pause)位可將電平拉低,,以使起始位具有相同的形式。圖3對(duì)此作了清晰的描述,。

  

  1 H4006芯片介紹

  H4006的工作頻率范圍為10~15MHz,,通常選用13.56MHz來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。片內(nèi)有一個(gè)64位可編程存儲(chǔ)器,可用于存儲(chǔ)相關(guān)信息,。 H4006的信息傳輸方式采用負(fù)載調(diào)制,,編碼為密勒碼(Miller),數(shù)據(jù)傳輸速率為 26484波特(亦可為其它速率,,但需預(yù)先選定),。由于H4006內(nèi)含諧振電路和電源濾波電容,因而使用更方便,。H4006在無(wú)線方式下為只讀存貯卡,,其編程采用在線編程方式。

  2工作原理

  2.1內(nèi)部電路框圖

  H4006由諧振電路,、時(shí)鐘提取,、分頻鏈、整流電路,、電源管理,、存儲(chǔ)器、Miller碼產(chǎn)生,、負(fù)載調(diào)制電路等組成,,其電路框圖如圖1所示。

  

  當(dāng)整流電路將耦合的射頻(13.56MHz)信號(hào)進(jìn)行整流并經(jīng)濾波電容C2平滑后,,電源管理電路將在電源電壓達(dá)到內(nèi)部電路工作電壓時(shí)激活卡內(nèi)電路,, 13.56MHz信號(hào)被分頻鏈電路分頻(分頻系數(shù)為512),可產(chǎn)生26.484kHz的時(shí)鐘,,此時(shí)鐘即是數(shù)據(jù)傳送的波特率,。如果希望將分頻系數(shù)定為 128、256,、1024,、2048、4096或8192,,則需預(yù)先選定,。存儲(chǔ)在LASERROM中的信息(64位)經(jīng)讀出后,可通過(guò)Miller碼產(chǎn)生器產(chǎn)生Miller碼,,同時(shí)可用該Miller碼進(jìn)行負(fù)載調(diào)制,,并將存儲(chǔ)信息送出。

  2.2電感的參數(shù)設(shè)置

  電感L1是該卡上唯一的外接元件,,由于諧振電容C1已集成于片內(nèi),,因此,在13.56MHz時(shí)L1的電感值應(yīng)為1.4μH,。為保證載波傳送和負(fù)載調(diào)制的效果,,其Q值選擇在30~40之間為宜,。

  2.3輸出序列

  卡信息的輸出通常以表1所列的序列循環(huán)重復(fù)。該輸出序列為一個(gè)82位的標(biāo)準(zhǔn)信息結(jié)構(gòu)(STDMS)加9位空隙(Pause),。STDMS結(jié)構(gòu)位采用密勒碼,,而9位空隙不用密勒碼。在空隙位,,負(fù)載調(diào)制器開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)(OFF),,空隙位電平為低。

  表1中,,64位數(shù)據(jù)的構(gòu)成如下:

  

  1~5位為晶片號(hào)組合設(shè)置位,,每一晶片有一號(hào)碼,它們可在1~25之間設(shè)置,。

  6~9位是制造廠保留位,。

  10~19位為IC名稱位,共10位,。

  20~32位為用戶標(biāo)識(shí)(ID)位,,共13位,它們可由廠家定義,。

  33~50位為擴(kuò)展號(hào)位,,共18位,這是唯一的系統(tǒng)號(hào)碼,。

  51~64位為IC位置號(hào)設(shè)置位,共14位,,可用于指示被加工晶片的精確位置,。

  表1中的CRC碼生成的多項(xiàng)式為x16+x12+x5+1,它符合CCITT/ISO3309-1984標(biāo)準(zhǔn),。CRC碼由64位數(shù)據(jù)計(jì)算生成,,并可用移位寄存器實(shí)現(xiàn)。該寄存器在每個(gè)停止位時(shí)復(fù)零,。

  另外,,輸出序列中的起始位通常為邏輯1,停止位為邏輯0,。

  2.4密勒碼

  在數(shù)據(jù)傳送中,,采用密勒碼調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是Miller碼中帶有時(shí)鐘信息,且具有較好的抗干擾能力,。

  

  密勒碼的編碼方法見表2,,其波形時(shí)序如圖2所示。

  

  雖然密勒碼的編碼規(guī)則是停止位為邏輯0,,但其電平隨其前一STMDS位編碼電平的不同而不同,。利用9位空隙(Pause)位可將電平拉低,,以使起始位具有相同的形式。圖3對(duì)此作了清晰的描述,。

  

  3應(yīng)用設(shè)計(jì)

  圖4給出了H4006的應(yīng)用系統(tǒng)框圖,。該系統(tǒng)由卡和讀卡器兩部分組成。由于H4006是存貯卡,,數(shù)據(jù)傳送僅從卡傳向讀卡器,,故讀卡器中可無(wú)編碼和調(diào)制電路,僅需解調(diào)和解碼電路即可,。

  

  H4006有6個(gè)引腳,。在射頻工作時(shí)為只讀方式,在C1和C2引腳端接入電感L1即可,,數(shù)據(jù)傳輸時(shí),,卡和讀卡器天線線圈上的波形示于圖中,該波形由卡中負(fù)載調(diào)制產(chǎn)生,。H4006的另外四個(gè)引腳用于測(cè)試,,VDD和VSS是電源的正負(fù)端,TESTn和Tout是測(cè)試輸入和輸出端,。

  圖5所示是讀卡器中的13.56MHz振蕩器和功放電路,。圖中,功放電路采用高效率的戊類(E類)放大器,,因此L1阻流圈的阻抗應(yīng)足夠大,,并應(yīng)使流經(jīng)它的ICC為恒定值,C5用于改善放大器的性能,,它可消除晶體管自身輸出電容的影響,。當(dāng)晶體管處于開關(guān)狀態(tài)時(shí),整個(gè)放大器的效率極高,。圖中的L3和C9,、C11、 C10構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率為13.56MHz,,該回路應(yīng)有較高的Q值,,以保證輸出載波為正弦波。事實(shí)上,,L3還是讀卡器的耦合線圈,,它產(chǎn)生的載波電磁場(chǎng)應(yīng)符合非接觸式IC卡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。L2,、C8用于阻隔高次諧波,。

  

  13.56MHz晶振產(chǎn)生的13.56MHz振蕩信號(hào),一路作為讀卡器中CPU的時(shí)鐘,,另一路可在放大后用于驅(qū)動(dòng)戊類放大器,。

  將L3上的負(fù)載調(diào)制信號(hào)從C7送出至解調(diào)和解碼電路便可獲取數(shù)據(jù),。解調(diào)可以采用包絡(luò)檢波方法,來(lái)將解調(diào)后獲得的密勒碼用密勒碼解碼器恢復(fù)為不歸零碼送至微控制器,,并從串口送至PC機(jī),。

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