RFID芯片T5557及其FSK讀寫(xiě)器電路設(shè)計(jì)

    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(diǎn)及工作原理，并對(duì)其RSK工作模式下讀寫(xiě)器的電路設(shè)計(jì)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：RFID T5557 讀寫(xiě)器 FSK D類功放

1 T5557的主要特點(diǎn)

T5557的Atmel公司生產(chǎn)的非接觸式無(wú)源可讀寫(xiě)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；

*7×32bit EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（包含32bit的密碼存儲(chǔ)器）；

*獨(dú)立的64位可追蹤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

    *EEPROM中的配置存儲(chǔ)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(qǐng)求應(yīng)答（AOR）、密碼、常規(guī)讀、直接訪問(wèn)等多種工作模式；

*具有寫(xiě)保護(hù)特性；

*OTP（一次可編程）功能。

2 T5557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(xiě)器向T5557（亦稱之為tag）傳送射頻能量和讀寫(xiě)命令，同時(shí)接收T5557芯片以負(fù)載調(diào)制方式送來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)。

3 內(nèi)部組成及工作原理

3．1 內(nèi)部組成電路

實(shí)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(xiě)解碼、比特率產(chǎn)生器、調(diào)制器、模式寄存器、控制器、存儲(chǔ)器、編程用高壓產(chǎn)生器、測(cè)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(hào)的處理和變換，包括電流產(chǎn)生、時(shí)鐘提取、載波中斷（空隙gap）檢測(cè)、負(fù)載調(diào)制、ESD保護(hù)等電路；寫(xiě)解碼電路主要在讀寫(xiě)器向芯片寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，用來(lái)解讀有關(guān)寫(xiě)操作碼，并對(duì)寫(xiě)數(shù)據(jù)流進(jìn)行校驗(yàn)；HV產(chǎn)生器可產(chǎn)生對(duì)EEPROM進(jìn)行編程寫(xiě)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(chǔ)器數(shù)據(jù)（在EEPROM的塊0中，見(jiàn)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(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。三是處理寫(xiě)命令和數(shù)據(jù)寫(xiě)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(jìn)行比較和判別；調(diào)制器用于實(shí)現(xiàn)FSK、PSK調(diào)制；T5557具有330位EEPROM存儲(chǔ)器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為頁(yè)0和頁(yè)1兩頁(yè)。頁(yè)0的塊0是配置存儲(chǔ)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(guò)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(cè)試過(guò)程所保留的眾多識(shí)別數(shù)據(jù)，可供查詢，這是e555x系列沒(méi)有的。

此外，T5557中配置存儲(chǔ)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(xiě)器通信

電源上電后（POR有效），T5557將對(duì)存儲(chǔ)在EEPROM塊0中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，此時(shí)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(jìn)行調(diào)制。若需置位POR，則其初始化時(shí)間約為67ms。

在卡（tag）與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信時(shí)：通常由卡將存貯在EEPROM中的數(shù)據(jù)以負(fù)載調(diào)制方式循環(huán)送至讀寫(xiě)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(kāi)始至最后一塊（最大為塊7）的第32位。最后一塊的塊號(hào)由配置存儲(chǔ)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(shí)，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(wèn)命令下工作時(shí)，僅有被尋址的塊被讀。在配置存儲(chǔ)器PWD位置1時(shí)的密碼模式下，對(duì)32位塊的直接訪問(wèn)需要32位密碼，若密碼不匹配，則T5557會(huì)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(kāi)始和循環(huán)數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)插入一個(gè)序列ST（4位1組成），來(lái)實(shí)現(xiàn)與讀寫(xiě)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(shí)段負(fù)載調(diào)制在FSK模式時(shí)一直關(guān)斷，在曼徹斯特碼時(shí)一直接通。該方式通常由EEPROM塊0的ST位置1實(shí)現(xiàn)。

3．3 讀寫(xiě)器至卡的通信

讀寫(xiě)器發(fā)出的命令和寫(xiě)數(shù)據(jù)可由中斷載波形式空隙（gap）的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并以兩個(gè)gap之間的持續(xù)時(shí)間來(lái)編碼0和1。當(dāng)gap時(shí)間在50~150μs時(shí)，兩gap之間的24Tc(Tc為載波周期)時(shí)間長(zhǎng)為0，54Tc時(shí)間長(zhǎng)為1，當(dāng)大于64Tc時(shí)間長(zhǎng)而無(wú)gap再出現(xiàn)時(shí)，T5557退出寫(xiě)模式。若命令正確，T5557將正常執(zhí)行；若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則T5557轉(zhuǎn)至常規(guī)讀模式。

序列中的第一個(gè)gap被稱為起始gap。為了便于T5557的檢測(cè)，一般情況下，起始gap應(yīng)大于其后的gap（見(jiàn)圖4）。

圖4

    （1）寫(xiě)數(shù)據(jù)協(xié)議

讀寫(xiě)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(yè)選擇（P為0或1）

（2）AOR（請(qǐng)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(lái)自讀寫(xiě)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(xiě)。

（3）編程寫(xiě)入

當(dāng)所有寫(xiě)信息已被T5557正確接收時(shí)，便可編程寫(xiě)入。在寫(xiě)序列傳送結(jié)束和編程之間有一段延遲。編程寫(xiě)入時(shí)間為5.6ms。編程寫(xiě)入成功后，T5557進(jìn)入塊讀模式，并傳送剛編程寫(xiě)入的塊。一個(gè)完整的寫(xiě)序列成功的過(guò)程如圖4所示。

圖5

    3．4 擴(kuò)展模式（X-Mode）

在塊0中將Master key（4位）設(shè)置為6或9并將X-Mode位置1，便可進(jìn)入擴(kuò)展模式。Master key等于9時(shí)可進(jìn)入測(cè)試模式，等于6時(shí)不允許測(cè)試模式。其它Master key位置都不能使T5557進(jìn)入X-Mode，即使X-Mode位置1也不能進(jìn)入。擴(kuò)展模式（和e555x不兼容）具有下列特點(diǎn)：

*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(lái)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(xiě)保護(hù)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(cè)試模式訪問(wèn)允許重構(gòu)配置。

*序列開(kāi)始標(biāo)志：它由兩位（10或01）組成，用于同步讀寫(xiě)器，在每一塊數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始時(shí)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(xiě)?？鞂?xiě)模式時(shí)，兩個(gè)Gap之間是12Tc時(shí)間長(zhǎng)為0，是27Tc時(shí)間長(zhǎng)為1。而在一個(gè)gap后，超過(guò)32Tc時(shí)間長(zhǎng)而不出現(xiàn)下一個(gè)gap時(shí)，T5557將退出該快寫(xiě)模式。

4 FSK讀寫(xiě)器電路設(shè)計(jì)

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(gè)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(xiě)器

當(dāng)T5556采用FSK調(diào)制模式時(shí)，其讀寫(xiě)器應(yīng)具有對(duì)應(yīng)的解調(diào)電路，圖6所示是一種FSK讀寫(xiě)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(jī)接口電路等組成。