第32卷 专 辑 2004年6月陕西师范大学学报(自然科学版)
JournalofShaanxiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.32 Sup.Jun.2004
文章编号:167224291(2004)Sup.20075203
基于MF2RC500模块的射频识别系统前端电路设计
周志南, 王志平, 罗 轶
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(1民航南昌空中交通管理中心,江西南昌330000;2广东省科学院自动化工程研制中心,广东广州510070)
摘 要:提出了一种射频识别系统前端电路设计方案,利用MF2RC500的高性能,可以宽角度、低
成本地对符合ISO14443A标准的非接触式卡和感应器进行操作.关键词:射频;MF2RC500;ISO14443A中图分类号:O44111 文献标识码:A
Designoffrontcircuitofradiofrequency
identificationsystembasedonMF2RC500
ZHOUZhi-nan,WANGZhi2ping,LUOYi
1
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2
(1NanchangAirTrafficManagementCenterofCAAC,Nanchang330000,
Jiangxi,China;2R&DCenterforAutomationEngineering,GuangdongProvincialAcademyofSciences,Guangzhou510070,Guangdong,China)
Abstract:Bringingforwardadesignmethodoffrontcircuitofradiofrequencyidentificationsystem,thecontactlesscardsandinductorsadaptedtoISO14443Astandardcanbeoperatedinwide2angleandlowcostbyuseofhighqualityofMF2RC500.Keywords:radiofrequency;MF2RC500;ISO14443A
MF2RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中之一.该读卡IC系列利用了先进的调制和解调技术,集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议.
MF2RC500支持ISO14443A所有的层.内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线(可达100mm).接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路,用于ISO14443A兼容的应答器信号.数字部分处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶&CRC).此外,它还支持快速CRYPTO1加密算法用于验证MIFARE系列产品.方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器,这样给读卡器Π终端的设计提供了极大的灵活性.
输入端;IRQ为中断请求输出端;MFIN为MIFARE接口输入端,可用于接收符合ISO14443A
1 管脚图
管脚图见图1.图中OSCIN为石英晶体振荡器
收稿日期:2004203210
图1 管脚图
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标准的数据流;MFOUT为MIFARE接口输出端,可传送符合ISO14443A标准的数据流;TX1为发送端口1,发送经调制的载波信号;TVDD为发送端电源口,给TX1和TX2提供电压;TX2为发送端口2,发送经调制的载波信号;TVSS为发送接地端;NCS为MF2RC500芯片选择端;NWR为写数据到MF2RC500内部寄存器;NRD为从MF2RC500内部寄存器中读数据;DVSS为数字电源接地端;D0～D7为8位双向数据总线;ALE为地址锁存使能端,高电平有效;A0～A2为MF2RC500内部寄存器地址位;DVDD为数字电源端;AVDD为模拟电源端;AUX为辅助输出端,用于输出模拟测试信号;AVSS为模拟信号接地端;RX为接收来自
卡或感应器的载波调制信号,该信号是由于天线的感应作用而获得的;VMID为该脚为内部参考电压端;RSTPD为复位与下电端,高电平时,内部电流输入被断开,振荡器停止工作.当来一个下降沿时,内部开始复位;OSCOUT为晶体振荡器的反相放大器输出端.
2 功能图
并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型.它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出.为连接各种MCU提供了很大的灵活性.即使使用非常低成本的器件也能满足高速非接触式通信的要求.功能框图见图2.
图2 功能框图
数据处理部分执行数据的并行与串行转换.它支持的帧包括CRC和奇偶校验.以完全透明的模式
进行操作,因而支持ISO14443A的所有层.
状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响并使性能调节到最佳状态.
当与MIFAREStandard和MIFARE产品通信时,使用高速CRYPTO1流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器.
模拟电路包含了一个具有非常低阻抗桥驱动器输出的发送部分.这使得最大操作距离可达100mm.接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号.由于采用了非常先进的技术,接收器已不再是操作距离的因素.
于调制的作用,会产生基频13.56MHz的高次谐波,所以需要相应的滤波器对输出信号进行处理.该电路的低通滤波部分由L0和C0构成,参考值L0为2.2μH,C0为47pF.
(1)接收电路.MF2RC500内部接收部分利用
来自卡的调制射频脉冲响应信号解调出有效信息.接收端RX的输入电位推荐使用内部产生的VMID电位.为使该电压稳定VMID应通过一个电容C4接地.另外,读写器的接收部分在RX与VMID之间需要一个电压分配器,该电压分配器与
[1]
天线线圈之间接一个电容.此接收电路由元件R1,
Ω,R2为R2,C3和C4组成,参考值R1为10k820Ω,C3为15pF,C4为100pF.
(2)天线线圈电感的计算.天线应设计成圆形
3 电路设计
电路设计图见图3.将天线通过匹配电路直接
连接到MF2RC500芯片,再通过相关总线和微处理器相连.其匹配电路由EMC低通滤波器,接收电路,天线匹配电路和天线组成.
EMC低通滤波器:该系统的工作频率为13.56MHz,由石英晶体振荡器产生.用于给MF2RC500提供时钟信号,同时也是驱动天线基频载波信号.由
或长方形.对其电感值的精确计算是不可能的,在此只能通过以下公式进行估算:
118
L=2Iln-kN,
n
其中,I为一圈天线的长度;k为天线形状因子(圆形天线k=1.07,方形天线k=1.47);N为线圈圈数;ln为自然对数.
(3)天线的阻抗匹配.天线的阻抗匹配电路由
专 辑周志南等:基于MF2RC500模块的射频识别系统前端电路设计 77
C1,C2a,C2b组成,参考值C1为27pF,C2a为120～
270pF,C2b为120～330pF.
素,如天线的结构、导线的厚度、线圈的距离、屏蔽
层、附近的金属和铁氧体.
实际上,天线的电感值和电容值取决于多种因
图3 电路设计图
4 软件实现
利用MF2RC500的函数库,可直接对符合
ISO14443A标准的非接触式卡和感应器进行操作如下:
voidmain(void){
┇ ┇init();
M500PcdConfig();ΠΠ初始化RC500PcdReadE2(8,4,Snr-RC500);ΠΠ读MF2RC500的系列号并存贮它
M500PcdMfOutSelect(mfout);
For(count=0;count<100;count++) {
status1=M500PiccRequest(PICC-REQALL,tt1);ΠΠ发送请求代码给卡,并等待应答if(status1==MI-OK)
status1=M500PiccAnticoll(0,cardserialno);ΠΠ读卡的系列号
if(status1==MI-OK)
status1=M500PiccSelect(cardserialno,sak1);ΠΠ选择一指定的卡
if(status1==MI-OK)
status1=M500PiccAuth(PICC-AUTHENT1A,cardserialno,1,4);ΠΠ鉴定卡if(status1==MI-OK)status1=M500PiccRead(4,blockdata);ΠΠ读卡for(counter2=0;counter2<16;counter2++)blockdata[counter2]=counter;if(status1==MI-OK)
status1=M500PiccWrite(4,blockdata);ΠΠ写
卡}
┇}
5 结 语
采用MF2RC500设计的该前端电路,适用于各种基于ISOΠIEC14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合.如公共交通终端、手持终端、板上单元、非接触式PC终端、计量、非接触式公用电话等.参考文献:
[1]沈宇超,沈树群.射频识别技术及其发展现状[J],电子
技术应用,1999,(1):4.
[2]MifareMF2RC500HighlyIntegratedISO14443AReader
IC[M].USA.PhilipsSemiconductors,1999.3～9.
〔责任编辑 强志军〕
