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1、RFID原理与应用原理与应用第第2版版单承赣 教授1 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.1 13.56 MHz射频存储器应答器射频存储器应答器13.56 MHz射频存储器应答器按存储器的类型分：ROM、EEPROM两大类。H4006（EM MICROELECTRONIC-MARIN SA公司产品）片内带有ROM类存储器，是只读应答器。MCRF355/360芯片（Microchip公司产品）集成的存储器是EEPROM，以接触式方式编程，在射频工作时为只读方式。这两个应答器都是在应答器进入阅读器工作距离有效范围时即送出信息数据（TTF，Tag Talk First方式）。2 第第
2、8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.1.1 H4006芯片 工作频率范围为1015 MHz，通常选用13.56 MHz工作频率；片内有一个64位可编程存储器，可用于存储相关信息；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 bps（亦可为其他速率，但需预先选定）；由于H4006芯片内含谐振回路的谐振电容和滤波电路的滤波电容，因而使用更方便。3 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术内部电路框图 H4006芯片电路的原理框图 4 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术电感参数的设置集成于片内的谐振电容C1（约为94.5 pF）L
3、1电感值为1.4 HQ值选择在3040 信息数据输出的序列结构 序列结构组成起始位数据CRC停止位空隙长度1b64b16b1b9b5 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术CRC校验16位CRC码的生成多项式为x16+x12+x5+1 6 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术电源管理电源管理电源管理的工作过程7 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术密勒码编码电路停止位后的空隙8 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术H4006引脚在射频工作时为只读方式在C1和C2端接入电感线圈另外4个引脚用于测试9 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8
4、.1.2 MCRF355/360芯片Microchip 具有防碰撞能力；采用接触式编程，编程后为只读器件；数据传送采用曼彻斯特编码，数据时钟频率为70 kHz；采用低功耗CMOS电路设计；封装为PDIP或SOIC方式。 10 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MCRF355/360芯片引脚图引脚说明11 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术工作原理 MCRF355/360芯片的内部结构 12 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术工作原理天线耦合回路 LC谐振回路的接法13 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术工作原理调制器 负载调制阅读器电感线
5、圈上的电压波形14 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术编程 擦除方式的工作编码为01 1101 0100 写入方式的工作编码为01 1101 0010读出方式的工作编码为01 1101 0110 15 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术编程16 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术防碰撞技术 读多个MCRF355/360芯片的示意图 17 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.2 MIFARE技术技术 和和SmartMX技术技术非接触式与双接口IC智能射频卡主流技术为MIFARE技术 Philips推出的产品包含六个系列：MIFARE Cl
6、assic，MIFARE Prox，MIFARE Ultralight，MIFARE双接口，MIFARE DESFire8，MIFARE阅读器芯片。 非接触式接口符合ISO/IEC14443 TYPE A标准，接触式接口符合ISO/IEC 7816标准使用较为广泛的有MIFARE DESFire EV1和SmartMX2 P60系列双接口控制器芯片 18 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.2.1 MIFARE DESFire EV1系列系列 （MF3） RF接口ISO/IEC 7816兼容性非易失性存储器非易失性存储器结构安全性特殊功能（面向交易的自动防修改机制；使卡个性化的
7、可配置ATS信息）19 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF3芯片的电路组成框图 20 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术PCD和MF3卡之间的交互过程 21 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF3卡存储区构成 扇区0的块0是一个特殊的块，该块存储了卡的制造商代码 MF3卡各扇区块3中，存取控制码有4个字节 22 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF3卡存取控制码的结构23 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.2.2 SmartMX2 P6024 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.3 PCD基站芯片
8、与应用 ISO/IEC 14443标准制定了非接触式射频卡（PICC）和阅读器（PCD）之间进行数据交换的接口标准TYPE A和TYPE B比较常用的支持TYPE A的阅读器芯片是MF RC530（Philips Semiconductors产品） 25 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.3.1 MF RC530芯片芯片载波频率为13.56 MHz；集成了编码调制和解调解码的收发电路；天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达10 cm；内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器（MCU）的接口类型；具有内部地址锁存和IRQ线，可以很方便地与MCU接口；集成有64字
9、节的收发FIFO缓存器；内部寄存器、命令集、加密算法可支持TYPE A标准的各项功能26 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片引脚图27第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片引脚功能28第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片引脚功能（续）29第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片引脚功能（续）30第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片引脚功能（续）31 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术电路组成（参见本书图8.17）并行接口及控制
10、电路FIFO（先进先出）缓存器密钥存储及加密算法（cypto1）状态机与寄存器数据处理电路模拟电路（调制、解调及输出驱动电路）电源管理中断控制等部分组成 32 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术芯片内部寄存器配置内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址；内部寄存器共分8页，每页8个寄存器，每页的第1个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页；内部寄存器的配置情况如书中表8.7所示，表中给出了页号、功能、寄存器地址（以16进制数给出）及各个页的寄存器名称。33 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片内部寄存器配置34 第第8章章 13.56 MHz
11、 RFID技术技术芯片各寄存器功能每个寄存器由8位组成，具有读/写（r/w），只读（r），仅写（w）和动态（dy）4种特性。dy属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值r的值仅能由内部状态决定w的值可由MCU写入但不能读出r/w位可由MCU读写，但内部状态机只能读。各寄存器的详细功能参见书中P224至P234。 35 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术EEPROM存储器共有32块，每块16字节。第一部分为块0，属性为只读，用于保存产品的有关信息；第二部分为块1和块2，它们具有读/写属性，用于存放寄存器初始化启动文件；第三部分为块3至块7，用于存放寄存
12、器初始化文件，属性为读写；第四部分从块8至块31，属性为只写，用于存放加密运算的密钥。 36 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术FIFO缓存用于缓存微控制器MCU与芯片之间的输入/输出数据流写入FIFOData寄存器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量从FIFOData寄存器读，得到的是FIFO读指针所指FIFO的内容，读后读指针增量状态由PrimaryStatus、FIFOLevel、ErrorFlag、Control、FIFOLength寄存器的相关位指示 37 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术定时器时钟源于13.56 MHz晶体振荡器信号，13.
13、56 MHz晶体振荡器信号由晶体振荡器电路（外接石英晶体）产生与定时器相关的寄存器及位38 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术中断请求定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、FIFO满、FIFO空0页寄存器InterruptEn的相应位（读/写属性）用于相应中断请求的使能设置39 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术接收电路 40 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术接收电路载波（13.56 MHz）解调采用正交解调电路，所需的I和Q时钟（两者相位角差为90）可在芯片内产生，解调器有I、Q两路输出，经增益可控放大（由寄存器RxControl 1的设
14、置控制）和滤波后加至相关器，相关器有四路输出，可用寄存器RxControl 2的RcvClkSelI位（位7）选择I或Q时钟的相关器输出，经判决和数字化电路，判断有无位碰撞产生（根据曼彻斯特码前后半位的特性，通过RxThreShold寄存器的MinLevel和CollLevel位段的设置获得最佳效果），并送出有效的串行数据。 41 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.3.2 MF RC530芯片应用电路与天线电路设计芯片应用电路与天线电路设计 42 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片应用电路并行接口初始化寄存器地址的寻址 加密和认证 43 第第
15、8章章 13.56 MHz RFID技术技术并行接口MF RC530芯片与不同MCU总线结构的连接方法44 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术并行接口MF RC530芯片与不同MCU总线结构的连接方法45 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术并行接口MF RC530芯片与不同MCU总线结构的连接方法46 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片应用电路加密和认证 密钥的获取与加密47 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片天线电路设计电感耦合方式RFID系统的作用距离和下列因素有关：阅读器天线的尺寸；匹配电路的
16、性能；周围环境的影响。阅读器天线尺寸可以如下考虑：当作用距离为10 cm时，根据第2章介绍的天线的最佳几何尺寸选择的算式，如果阅读器采用的是圆形天线，那么天线的半径应为10 cm，如果采用的是长方形或方形的天线，可以以圆形天线所围面积为参考进行修正。 48天线电路模式选择49 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片天线电路设计天线电感线圈的等效电路50 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片天线电路设计直接匹配天线模式的电路51 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片天线电路设计全范围50匹配天线模式的电
17、路结构52 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术MF RC530芯片天线电路设计50 匹配天线模式的设计50 短范围的应用设计仅采用TX1（或TX2）的电路53 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术直接匹配天线 四层PCB的结构图 54 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术50匹配天线 55 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术50匹配天线 补偿的实现56 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术铁氧体屏蔽 57 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术8.3.3 TRF7960芯片芯片采用超小32-pin QFN的高级封装设计支
18、持ISO/IEC 14443A/B、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 18000-3以及TI公司的非接触支付商务与Tag-It应答器产品系列TRF7960的读卡器为微控制器提供了内部时钟，只需1个1356 MHz的晶振就能工作其他集成功能还包括故障检查、数据格式化、成帧以及适合多读卡器环境的防碰撞支持等广泛的应用于保安门禁系统、产品识别认证、非接触式付费系统和医疗系统的 RFID阅读器设计 58 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术TRF7960芯片59 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术内部电路TRF7960芯片的内部结构 60 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术内部电路TRF7960工作模式与通信层次61 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术内部寄存器62 第第8章章 13.56 MHz RFID技术技术 TRF7960芯片应用电路63
