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无源RFID芯片H4006及其应用设计

时间：2009-07-17 09:53:46

关键字： RFID 无源芯片应用设计

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[导读]H4006是EMMICROELECTRONIC生产的13．56MHz非接触式识别卡产品。该芯片内含谐振电容和电源滤波电容，采用密勒码（Miller code）传输，文中介绍了H4006的工作原理及应用电路。

1 H4006芯片介绍
　　H4006的工作频率范围为10～15MHz，通常选用13.56MHz来进行身份识别。片内有一个64位可编程存储器，可用于存储相关信息。H4006的信息传输方式采用负载调制，编码为密勒码（Miller），数据传输速率为 26484波特（亦可为其它速率，但需预先选定）。由于H4006内含谐振电路和电源滤波电容，因而使用更方便。H4006在无线方式下为只读存贮卡，其编程采用在线编程方式。

2工作原理
2.1内部电路框图
　　H4006由谐振电路、时钟提取、分频链、整流电路、电源管理、存储器、Miller码产生、负载调制电路等组成，其电路框图如图1所示。

　　当整流电路将耦合的射频（13.56MHz）信号进行整流并经滤波电容C2平滑后，电源管理电路将在电源电压达到内部电路工作电压时激活卡内电路， 13.56MHz信号被分频链电路分频（分频系数为512），可产生26.484kHz的时钟，此时钟即是数据传送的波特率。如果希望将分频系数定为 128、256、1024、2048、4096或8192，则需预先选定。存储在LASERROM中的信息（64位）经读出后，可通过Miller码产生器产生Miller码，同时可用该Miller码进行负载调制，并将存储信息送出。
2.2电感的参数设置
　　电感L1是该卡上唯一的外接元件，由于谐振电容C1已集成于片内，因此，在13.56MHz时L1的电感值应为1.4μH。为保证载波传送和负载调制的效果，其Q值选择在30～40之间为宜。
2.3输出序列
　　卡信息的输出通常以表1所列的序列循环重复。该输出序列为一个82位的标准信息结构（STDMS）加9位空隙（Pause）。STDMS结构位采用密勒码，而9位空隙不用密勒码。在空隙位，负载调制器开关处于关断状态（OFF），空隙位电平为低。
    表1中，64位数据的构成如下：
　　1～5位为晶片号组合设置位，每一晶片有一号码，它们可在1～25之间设置。
    6～9位是制造厂保留位。
    10～19位为IC名称位，共10位。
　　20～32位为用户标识（ID）位，共13位，它们可由厂家定义。
　　33～50位为扩展号位，共18位，这是唯一的系统号码。
　　51～64位为IC位置号设置位，共14位，可用于指示被加工晶片的精确位置。
　　表1中的CRC码生成的多项式为x¹⁶＋x¹²＋x⁵＋1，它符合CCITT/ISO3309－1984标准。CRC码由64位数据计算生成，并可用移位寄存器实现。该寄存器在每个停止位时复零。
　　另外，输出序列中的起始位通常为逻辑1，停止位为逻辑0。

2．4密勒码
　　在数据传送中，采用密勒码调制的优点是Miller码中带有时钟信息，且具有较好的抗干扰能力。
　　密勒码的编码方法见表2，其波形时序如图2所示。
　　虽然密勒码的编码规则是停止位为逻辑0，但其电平随其前一STMDS位编码电平的不同而不同。利用9位空隙（Pause）位可将电平拉低，以使起始位具有相同的形式。图3对此作了清晰的描述。

3应用设计
　　图4给出了H4006的应用系统框图。该系统由卡和读卡器两部分组成。由于H4006是存贮卡，数据传送仅从卡传向读卡器，故读卡器中可无编码和调制电路，仅需解调和解码电路即可。
　　H4006有6个引脚。在射频工作时为只读方式，在C1和C2引脚端接入电感L1即可，数据传输时，卡和读卡器天线线圈上的波形示于图中，该波形由卡中负载调制产生。H4006的另外四个引脚用于测试，V_DD和V_SS是电源的正负端，TESTn和Tout是测试输入和输出端。
　　图5所示是读卡器中的13．56MHz振荡器和功放电路。图中，功放电路采用高效率的戊类（E类）放大器，因此L1阻流圈的阻抗应足够大，并应使流经它的I_CC为恒定值，C5用于改善放大器的性能，它可消除晶体管自身输出电容的影响。当晶体管处于开关状态时，整个放大器的效率极高。图中的L3和C9、C11、 C10构成的串联谐振电路的谐振频率为13．56MHz，该回路应有较高的Q值，以保证输出载波为正弦波。事实上，L3还是读卡器的耦合线圈，它产生的载波电磁场应符合非接触式IC卡技术标准的要求。L2、C8用于阻隔高次谐波。

　　13．56MHz晶振产生的13．56MHz振荡信号，一路作为读卡器中CPU的时钟，另一路可在放大后用于驱动戊类放大器。
　　将L3上的负载调制信号从C7送出至解调和解码电路便可获取数据。解调可以采用包络检波方法，来将解调后获得的密勒码用密勒码解码器恢复为不归零码送至微控制器，并从串口送至PC机。