無(wú)源RFID芯片H4006及其應(yīng)用設(shè)計(jì)

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(xiàn)方式下為只讀存貯卡，其編程采用在線(xiàn)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(kāi)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(chǎng)保留位。
10～19位為IC名稱(chēng)位，共10位。
20～32位為用戶(hù)標(biāo)識(shí)（ID）位，共13位，它們可由廠(chǎng)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(jiàn)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(xiàn)線(xiàn)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(lèi)（E類(lèi)）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(kāi)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(xiàn)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(lèi)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)。