RFID芯片T5557及其FSK讀寫器電路設計

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計作了分析，最后給出了D類功放和FSK解調(diào)的應用電路。

關(guān)鍵詞：RFID T5557 讀寫器 FSK D類功放

1 T5557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；

*732bit EEPROM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。

2 T5557的應用系統(tǒng)構(gòu)成

T5557的典型應用系統(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。

3．2 T5557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

注：表中P為頁選擇（P為0或1）

（2）AOR（請求應答）模式（此地密碼位PWD=1）

當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Master key（4位）設置為6或9并將X-Mode位置1，便可進入擴展模式。Master key等于9時可進入測試模式，等于6時不允許測試模式。其它Master key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Master key值為6，則T5557的工作模式被鎖存，即為OTP功能。若Master key值為9，則測試模式訪問允許重構(gòu)配置。

*序列開始標志：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?？鞂懩Ｊ綍r，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。

4 FSK讀寫器電路設計

4．1 FSK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2 T5557的FSK調(diào)制（fc為載波頻率）

4．2 FSK讀寫器

當T5556采用FSK調(diào)制模式時，其讀寫器應具有對應的解調(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。