非接觸卡MCRF200及PSK讀寫器電路設(shè)計(jì)

1、非接觸卡MCRF200及PSK讀寫器電路設(shè)計(jì)                摘要：本文介紹了非接觸式IC卡芯片MCFR200的特點(diǎn)和工作原理，并對其在PSK工作模式下的讀寫器電路設(shè)計(jì)作了較詳細(xì)的論述。該P(yáng)SK解調(diào)方法亦可用于設(shè)計(jì)TYPE B型卡讀寫器BPSK的解調(diào)電路。PSK方式的優(yōu)點(diǎn)是讀出速度快捷。        關(guān)鍵詞：非接觸卡；MCRF200；讀寫器；PSK；負(fù)

2、載調(diào)制    簡介    是公司生產(chǎn)的非接觸式可編程無源器件，它的工作頻率載波為。該器件有兩種工作模式：初始模式和讀模式。所謂初始模式是指具有一個(gè)未被編程的存貯陣列，而且能夠在非接觸編程時(shí)提供一個(gè)缺損狀態(tài)其波特率為載波頻率的分頻，調(diào)制方式為，數(shù)據(jù)碼為碼；而讀模式是指在接觸或非接觸方式編程后的永久工作模式，在該模式下，芯片中配置寄存器詳見后述的鎖存位置，芯片上電后，將依據(jù)配置寄存器的設(shè)置并按協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。    的其它主要性能如下：    帶有一次

3、可編程（）的位或位用戶存儲(chǔ)器（支持位或位協(xié)議）；    內(nèi)含整流和穩(wěn)壓電路；    功率損耗極低；    編碼方式可在碼、曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼之間選擇；    調(diào)制方式可在直接調(diào)制（）、和（、定義見后述中選擇）；    采用和封裝形式。的工作原理     應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成    的典型應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。圖中，引腳

4、和接電感和電容構(gòu)成的外接諧振電路，該諧振電路的諧振頻率為。讀寫器邊的電路也諧振于則用于輸出射頻能量，同時(shí)可接收芯片以負(fù)載調(diào)制方式送來的數(shù)據(jù)信號(hào)。     芯片內(nèi)部組成原理圖3    芯片的內(nèi)部電路框圖如圖所示，它由射頻前端電路和存貯器電路兩大塊組成。其中，射頻前端電路用于完成芯片所有的模擬信號(hào)處理和變換功能，包括電源、時(shí)鐘、載波中斷檢測、上電復(fù)位、負(fù)載調(diào)制等電路。此外，它還用來實(shí)現(xiàn)編碼、調(diào)制方式的邏輯控制；而配置寄存器電路則用于確定芯片的工作參數(shù)。該配置寄存器不能被非接觸方式編程，因?yàn)樗诜墙佑|方式下已經(jīng)被公司在生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行過

5、編程。    配置寄存器各位的控制功能如下：    ：用于設(shè)置存貯器陣列的大小。當(dāng)為時(shí)，用戶陣列為位；為時(shí)，其用戶陣列為位。    、位：該三位編碼可用于設(shè)置波特率，其編碼表列于表。    用來設(shè)置同步字。為時(shí)，有位同步字；為時(shí)，無同步字。    與：用于設(shè)置數(shù)據(jù)編碼方式，具體見表所列。    與：調(diào)制方式選擇位，具體見表。   

6、; ：速率選擇位。該位為時(shí)選擇；為時(shí)則選擇其中為載波頻率。    ：該位總為。    ：該位為時(shí)，存貯陣列未鎖定；為時(shí)，存貯陣列被鎖定。表1 波特率設(shè)置表（fc為載波頻率）                CB2    CB3    CB4  

7、0; 波特率    CB2    CB3    CB4    波特率        0    0    0    fc/128    1    0&#

8、160;   0    fc/64        0    0    1    fc/100    1    0    1    fc/50  

9、60;     0    1    0    fc/80    1    1    0    fc/40        0    1 

10、60;  1    fc/32    1    1    1    fc/16    表2 數(shù)據(jù)編碼方式設(shè)置                CB7   

11、; 0    0    1    1        CB6    0    1    0    1        編碼方式  &#

12、160; NRZ-L    曼徹斯特編碼    差分曼徹斯特碼    反曼徹斯特碼    表3 調(diào)制方式選擇（fc為載波頻率）                CB9    CB8    市制

13、方式        0    0    FSK：0為fc/8；1為fc/10        0    1    PSK1        1    0 

14、   直接        1    1    PSK2    讀寫器電路設(shè)計(jì)     調(diào)制    的調(diào)制方式有兩種：和。采用調(diào)制時(shí)，每當(dāng)相位在數(shù)據(jù)位的上升沿或下降沿時(shí)，將在從位起始處跳變°；而在調(diào)制時(shí)，相位將在數(shù)據(jù)位為時(shí)從位起始處跳變°，為時(shí)則相位不變。是一種絕對碼方式

15、，是一種相對碼方式，因此，讀寫器硬件只能按一種調(diào)制方式設(shè)計(jì)(如)，而當(dāng)要工作在另一調(diào)制方式時(shí)，可用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。    圖所示是一個(gè)典型的調(diào)制信號(hào)波形示意圖，圖中假設(shè)速率為數(shù)據(jù)位速率的倍。    讀寫器    讀寫器的電路結(jié)構(gòu)如圖所示。它由晶體振蕩器、分頻器、載波功放、包絡(luò)檢波器、濾波放大、脈沖成形器、相位比較器、微處理器及與主機(jī)接口電路等組成。    圖中，讀寫器發(fā)收兩通道的信號(hào)流程已很清楚，這些電路的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)很多。下面僅就功率放大器、包絡(luò)

16、檢波、解調(diào)以及串口電路進(jìn)行分析。    （）功放電路    該讀寫器的功放電路如圖所示。圖中，、用于組成類放大器，、和串聯(lián)諧振于，選通分頻器輸出的載波加至功放，和用于構(gòu)成輸出諧振電路，這樣，在上將產(chǎn)生電磁場，從而保證卡芯片進(jìn)入場區(qū)時(shí)能獲得足夠的載波能量而被激活。但所產(chǎn)生的場能量也有一定的限制，通常在處測試應(yīng)不超過（）。    （）包絡(luò)檢波電路    非接觸卡的負(fù)載調(diào)制通常采用方式，讀寫器中的載波解調(diào)采用簡單的包絡(luò)檢波電路，圖中，和的作用

17、是對芯片負(fù)載調(diào)制信號(hào)進(jìn)行全波檢波，以檢出包絡(luò)。    而和組成的低通濾波器則應(yīng)滿足包絡(luò)檢波條件，即：    （）    式中：為載波角頻率。但應(yīng)注意為了減小惰性失真， 和不應(yīng)取值過大。    （）解調(diào)器電路    解調(diào)電路是讀寫器能正確將調(diào)制信號(hào)變換為碼的關(guān)鍵電路，其具體電路見圖所示。圖中，從脈沖形成電路送出的的方波信號(hào)假定配置寄存器位為，即速率為加至觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端。觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端加入的是由載波基準(zhǔn)

18、形成的基準(zhǔn)方波信號(hào)，這樣，若時(shí)鐘與輸入端兩信號(hào)相位差為°或相位差不偏至°或°附近，則觸發(fā)器的端輸出信號(hào)將是可由微控制器讀入的數(shù)據(jù)碼。    分頻器輸出的方波基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器變換為的方波，而異或門利用觸發(fā)器輸出的高低電平變化則可使加至觸發(fā)器的基準(zhǔn)信號(hào)相位改變°，該°的相位變化在觸發(fā)器的輸出端會(huì)產(chǎn)生°的相移。    而基準(zhǔn)信號(hào)在經(jīng)異或門后將產(chǎn)生脈沖信號(hào)產(chǎn)生延遲。同樣，也將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)，在經(jīng)、和異或門后，也將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。這兩信號(hào)可在觸發(fā)器中進(jìn)行相位比較以在觸發(fā)器的端輸出信號(hào)，其占空比正比于兩信號(hào)間的相位差。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的相位差為°時(shí)，其占