非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计

1、非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计                摘要：本文介绍了非接触式IC卡芯片MCFR200的特点和工作原理，并对其在PSK工作模式下的读写器电路设计作了较详细的论述。该PSK解调方法亦可用于设计TYPE B型卡读写器BPSK的解调电路。PSK方式的优点是读出速度快捷。        关键词：非接触卡；MCRF200；读写器；PSK；负

2、载调制    简介    是公司生产的非接触式可编程无源器件，它的工作频率载波为。该器件有两种工作模式：初始模式和读模式。所谓初始模式是指具有一个未被编程的存贮阵列，而且能够在非接触编程时提供一个缺损状态其波特率为载波频率的分频，调制方式为，数据码为码；而读模式是指在接触或非接触方式编程后的永久工作模式，在该模式下，芯片中配置寄存器详见后述的锁存位置，芯片上电后，将依据配置寄存器的设置并按协议发送数据。    的其它主要性能如下：    带有一次

3、可编程（）的位或位用户存储器（支持位或位协议）；    内含整流和稳压电路；    功率损耗极低；    编码方式可在码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码之间选择；    调制方式可在直接调制（）、和（、定义见后述中选择）；    采用和封装形式。的工作原理     应用系统构成    的典型应用系统构成如图所示。图中，引脚

4、和接电感和电容构成的外接谐振电路，该谐振电路的谐振频率为。读写器边的电路也谐振于则用于输出射频能量，同时可接收芯片以负载调制方式送来的数据信号。     芯片内部组成原理图3    芯片的内部电路框图如图所示，它由射频前端电路和存贮器电路两大块组成。其中，射频前端电路用于完成芯片所有的模拟信号处理和变换功能，包括电源、时钟、载波中断检测、上电复位、负载调制等电路。此外，它还用来实现编码、调制方式的逻辑控制；而配置寄存器电路则用于确定芯片的工作参数。该配置寄存器不能被非接触方式编程，因为它在非接触方式下已经被公司在生产时进行过

5、编程。    配置寄存器各位的控制功能如下：    ：用于设置存贮器阵列的大小。当为时，用户阵列为位；为时，其用户阵列为位。    、位：该三位编码可用于设置波特率，其编码表列于表。    用来设置同步字。为时，有位同步字；为时，无同步字。    与：用于设置数据编码方式，具体见表所列。    与：调制方式选择位，具体见表。   

6、; ：速率选择位。该位为时选择；为时则选择其中为载波频率。    ：该位总为。    ：该位为时，存贮阵列未锁定；为时，存贮阵列被锁定。表1 波特率设置表（fc为载波频率）                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 数据编码方式设置                CB7   

11、; 0    0    1    1        CB6    0    1    0    1        编码方式  &#

12、160; NRZ-L    曼彻斯特编码    差分曼彻斯特码    反曼彻斯特码    表3 调制方式选择（fc为载波频率）                CB9    CB8    市制

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

14、   直接        1    1    PSK2    读写器电路设计     调制    的调制方式有两种：和。采用调制时，每当相位在数据位的上升沿或下降沿时，将在从位起始处跳变°；而在调制时，相位将在数据位为时从位起始处跳变°，为时则相位不变。是一种绝对码方式

15、，是一种相对码方式，因此，读写器硬件只能按一种调制方式设计(如)，而当要工作在另一调制方式时，可用软件进行转换。    图所示是一个典型的调制信号波形示意图，图中假设速率为数据位速率的倍。    读写器    读写器的电路结构如图所示。它由晶体振荡器、分频器、载波功放、包络检波器、滤波放大、脉冲成形器、相位比较器、微处理器及与主机接口电路等组成。    图中，读写器发收两通道的信号流程已很清楚，这些电路的设计参考文献很多。下面仅就功率放大器、包络

16、检波、解调以及串口电路进行分析。    （）功放电路    该读写器的功放电路如图所示。图中，、用于组成类放大器，、和串联谐振于，选通分频器输出的载波加至功放，和用于构成输出谐振电路，这样，在上将产生电磁场，从而保证卡芯片进入场区时能获得足够的载波能量而被激活。但所产生的场能量也有一定的限制，通常在处测试应不超过（）。    （）包络检波电路    非接触卡的负载调制通常采用方式，读写器中的载波解调采用简单的包络检波电路，图中，和的作用

17、是对芯片负载调制信号进行全波检波，以检出包络。    而和组成的低通滤波器则应满足包络检波条件，即：    （）    式中：为载波角频率。但应注意为了减小惰性失真， 和不应取值过大。    （）解调器电路    解调电路是读写器能正确将调制信号变换为码的关键电路，其具体电路见图所示。图中，从脉冲形成电路送出的的方波信号假定配置寄存器位为，即速率为加至触发器的时钟输入端。触发器的数据输入端加入的是由载波基准

18、形成的基准方波信号，这样，若时钟与输入端两信号相位差为°或相位差不偏至°或°附近，则触发器的端输出信号将是可由微控制器读入的数据码。    分频器输出的方波基准信号经触发器变换为的方波，而异或门利用触发器输出的高低电平变化则可使加至触发器的基准信号相位改变°，该°的相位变化在触发器的输出端会产生°的相移。    而基准信号在经异或门后将产生脉冲信号产生延迟。同样，也将产生的数据信号，在经、和异或门后，也将产生的脉冲信号。这两信号可在触发器中进行相位比较以在触发器的端输出信号，其占空比正比于两信号间的相位差。当两个信号的相位差为°时，其占