文章作者：上海中興通訊上海研究所二所 姚 磊 安徽 合肥工業(yè)大學(xué) 單承贛

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)載調(diào)制

１ ＭＣＲＦ２００簡介

ＭＣＲＦ２００是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生產(chǎn)的非接觸式可編程無源ＲＦＩＤ器件，它的工作頻率載波為１２５ｋＨｚ。該器件有兩種工作模式：初始Ｎａｔｉｖｅ模式和讀模式。所謂初始模式是指ＭＣＲＦ２００具有一個未被編程的存貯陣列，而且能夠在非接觸編程時提供一個缺損狀態(tài)其波特率為載波頻率ｆｃ的１２８分頻，調(diào)制方式為ＦＳＫ，數(shù)據(jù)碼為ＮＲＺ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，ＭＣＲＦ２００芯片中配置寄存器詳見后述的鎖存位ＣＢ１２置１，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)。

ＭＣＲＦ２００的其它主要性能如下：

●帶有一次可編程（ＯＴＰ）的９６位或１２８位用戶存儲器（支持４８位或６４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ＮＲＺ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（ＡＳＫ）、ＦＳＫ、ＰＳＫ１和ＰＳＫ２（ＰＳＫ１、ＰＳＫ２定義見后述中選擇）；

●采用ＰＤＩＰ和ＳＯＩＣ封裝形式。

２ ＭＣＲＦ２００的工作原理

２．１ 應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成

ＭＣＲＦ２００的典型應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成如圖１所示。圖中，引腳ＶＡ和ＶＢ接電感Ｌ１和電容Ｃ１構(gòu)成的外接諧振電路，該ＬＣ諧振電路的諧振頻率為１２５ｋＨｚ。讀寫器邊的ＬＣ電路也諧振于１２５ｋＨｚ則用于輸出射頻能量，同時可接收ＭＣＲＦ２００芯片以負(fù)載調(diào)制方式送來的數(shù)據(jù)信號。

２．２ 芯片內(nèi)部組成原理

ＭＣＲＦ２００芯片的內(nèi)部電路框圖如圖２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處理和變換功能，包括電源、時鐘、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Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司在生產(chǎn)時進(jìn)行過編程。

配置寄存器各位的控制功能如下：

●ＣＢ１：用于設(shè)置存貯器陣列的大小。當(dāng)ＣＢ１為１時，用戶陣列為１２８位；為０時，其用戶陣列為９６位。

●ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４位：該三位編碼可用于設(shè)置波特率，其編碼表列于表１。

●ＣＢ５用來設(shè)置同步字。ＣＢ５為１時，有１．５位同步字；為０時，無同步字。

●ＣＢ６與ＣＢ７：用于設(shè)置數(shù)據(jù)編碼方式，具體見表２所列。

●ＣＢ８與ＣＢ９：調(diào)制方式選擇位，具體見表３。

●ＣＢ１０：ＰＳＫ速率選擇位。該位為１時選擇ｆｃ／４；為０時則選擇ｆｃ／２其中ｆｃ為載波頻率。

●ＣＢ１１：該位總為０。

●ＣＢ１２：該位為０時，存貯陣列未鎖定；為１時，存貯陣列被鎖定。

表1 波特率設(shè)置表（fc為載波頻率）

３ ＰＳＫ讀寫器電路設(shè)計(jì)

３．１ ＰＳＫ調(diào)制

ＭＣＲＦ２００的ＰＳＫ調(diào)制方式有兩種：ＰＳＫ１和ＰＳＫ２。采用ＰＳＫ１調(diào)制時，每當(dāng)相位在數(shù)據(jù)位的上升沿或下降沿時，將在從位起始處跳變１８０°；而在ＰＳＫ２調(diào)制時，相位將在數(shù)據(jù)位為１時從位起始處跳變１８０°，為０時則相位不變。ＰＳＫ１是一種絕對碼方式，ＰＳＫ２是一種相對碼方式，因此，ＰＳＫ讀寫器硬件只能按一種調(diào)制方式設(shè)計(jì)(如ＰＳＫ１)，而當(dāng)要工作在另一調(diào)制方式時，可用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖３所示是一個典型的ＰＳＫ調(diào)制信號波形示意圖，圖中假設(shè)ＰＳＫ速率為數(shù)據(jù)位速率的８倍。

３．２ ＰＳＫ讀寫器

ＰＳＫ讀寫器的電路結(jié)構(gòu)如圖４所示。它由４ＭＨｚ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４中，讀寫器發(fā)收兩通道的信號流程已很清楚，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)檢波、ＰＳＫ解調(diào)以及ＲＳ－２３２串口電路進(jìn)行分析。

（１）功放電路

該ＰＳＫ讀寫器的功放電路如