基于ISO14443A協(xié)議的RFID模擬前端設(shè)計

3.2 數(shù)據(jù)接收

　　圖4為數(shù)據(jù)接收電路，即解調(diào)電路。讀卡器向卡發(fā)送的數(shù)據(jù)是載波為13.56 MHz、數(shù)據(jù)率為106 kb/s的100%的幅度調(diào)制信號，波形可以看作106 kHz的方波與13.56 MHz的正弦波的乘積。數(shù)據(jù)解調(diào)的原理是：當(dāng)RF1電壓為正弦波時(即有效數(shù)據(jù)1部分)，電壓信號由D0、I0、C1、C2構(gòu)成的包絡(luò)檢波整形。在A點(diǎn)得到直流電壓為VREF6并帶有一定紋波的電壓信號，紋波的大小由C1、C2、I0的大小決定。選取REF6=0.6 V，VREF3=0.3 V，比較器輸出高電壓。當(dāng)RF1電壓由正弦變?yōu)?(有效數(shù)據(jù)0部分)時，由于A點(diǎn)信號反應(yīng)速度高于放大器帶寬，包絡(luò)檢波的A點(diǎn)電壓迅速降低，使VA

　　由于工藝與溫度的偏差，導(dǎo)致I0、C1、C2的值發(fā)生變化，A點(diǎn)的紋波大小會發(fā)生變化。在RF1為正弦波，也就是數(shù)據(jù)為1的時候，若A點(diǎn)的紋波大于2(VREF6～VREF3)，數(shù)據(jù)解調(diào)將發(fā)生錯誤。比較器在有效數(shù)據(jù)為1時應(yīng)輸出高電壓，但是由于A點(diǎn)電壓紋波過大導(dǎo)致比較器輸出在數(shù)據(jù)為1輸出13.56 MHz的方波，解調(diào)失敗?？梢酝ㄟ^提高VREF6的值，從而提高A點(diǎn)紋波的容忍度，來解決這個問題。但是若A點(diǎn)電壓過高，使A點(diǎn)反應(yīng)速度低于放大器帶寬，數(shù)據(jù)由1變?yōu)?時，A點(diǎn)不能迅速作出反應(yīng)，產(chǎn)生低電壓，所以不能解調(diào)出數(shù)據(jù)0。所以VREF6的值的選取需要適中，最好可以由系統(tǒng)動態(tài)配置。

　　3.3 數(shù)據(jù)發(fā)送

　　圖5為數(shù)據(jù)發(fā)送電路，即調(diào)制電路。卡發(fā)送到讀卡器的是載波為13.56MHz，數(shù)據(jù)率為847kb/s的幅度調(diào)制信號。此電路的原理是采用負(fù)載調(diào)制的方法達(dá)到協(xié)議要求的幅度調(diào)制的目的。當(dāng)不需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)線為0，RF1、RF2為13.56MHz的載波。需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)線為847 kHz米勒編碼的方波。當(dāng)數(shù)據(jù)為0時，RF1、RF2上的正弦電壓幅值較大。當(dāng)數(shù)據(jù)為1時，M1打開，將RF1、RF2上的電壓拉低，即RF1、RF2上正弦信號的幅值變低，數(shù)據(jù)的變化會導(dǎo)致RF1、RF2上載波幅值變化，從而完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　卡向讀卡器發(fā)送數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)上作出了優(yōu)化，使模擬電路的設(shè)計變得簡單可靠。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)1時，由線圈耦合過來的能量大部分由M1釋放，從而導(dǎo)致用于芯片正常工作的能量變少，使芯片不能正常工作，交互失敗。所以，當(dāng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，軟件使芯片內(nèi)部嵌入的8051處理器進(jìn)入休眠模式，降低整個芯片的功耗，從而使芯片安全渡過電源不足的階段。

　　4 仿真與測試

　　圖6為仿真結(jié)果，卡與讀卡器的交互分為3個階段：

　?、俣邿o數(shù)據(jù)交互，此時卡開始上電或者處理接收到的數(shù)據(jù)，此時電源電壓穩(wěn)定;

　?、诮邮諗?shù)據(jù)，線圈發(fā)出的上是100%的幅度調(diào)制信號，DATA_IN為解調(diào)后的數(shù)據(jù);

　?、郯l(fā)送數(shù)據(jù)，卡產(chǎn)生的DATA_OUT是847 kHz的方波，對線圈上的電壓進(jìn)行負(fù)載調(diào)制，調(diào)制后線圈上的電壓信號是幅度調(diào)制信號，這些信號會被讀卡器耦合并解調(diào)。

　　在整個交互過程中電源電壓保持穩(wěn)定。測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。

　　結(jié)語

　　本文討論了RFID芯片模擬前端的實(shí)現(xiàn)方法，在電源產(chǎn)生、數(shù)據(jù)收發(fā)方面采用了新技術(shù)，并且從整個系統(tǒng)上作了優(yōu)化，簡化了模擬前端的設(shè)計，使整個系統(tǒng)更可靠。該芯片已通過小額支付與門禁系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測試，其對惡劣外界干擾的抵御能力需要進(jìn)一步測試與改進(jìn)。