125k_RFID技术.

125KHzRFID技术125KHzRFID系统采用方式工作，由于应答器成本低、非金属材料和水对该频率的射频具有较低的吸收率，所以125KHzRFID系统在动物识别、工业和民用水表等领域获得广泛应用。电感耦合一、e5551应答器芯片1、e5551芯片的性能和电路组成（1）主要技术性能e5551芯片是Atmel公司生产的非接触式、无源、可读写、具有防碰撞能力的RFID器件，中心工作频率为。具有以下主要特性：125K☼低功耗，低工作电压☼非接触能量供给和读写数据☼工作频率范围为100~150KHz☼EEPROM存储器容量为264bit，分8块，每块33位☼具有7块用户数据，每块32位，共224位☼具有块写保护☼采用请求应答实现防碰撞☼完成块写和检验的时间小于50ms☼可编程选择传输速率和编码调制方式☼可工作于密码方式（2）内部电路结构e5551芯片的内部电路组成框图如下，该图给出了e5551芯片和读写器之间的耦合方式。读写器向e5551芯片传送射频能量和读写命令，同时接收e5551芯片以负载调制方式送来的数据信号。阅读器调制器模拟前端模式寄存器控制器写解码比特率生成测试逻辑POR存储器（264位EEPROM)输入寄存器高电压产生能量数据L1Coil1Coil2L2C281VDDVSS测试引脚e5551芯片由模拟前端、写解码、比特率产生器、调制器、模式寄存器、控制器、测试逻辑、存储器、编程用高压产生器等部分构成。e5551芯片在射频工作时，仅使用coil1（引脚8）和coil2（引脚1），外接电感L2和电容器C2，构成谐振回路。在测试模式时，VDD和VSS引脚为外加电压正端和地，通过测试引脚实现测试功能。（1）模拟前端（射频前端）模拟前端（analogfrontend，AFE）电路主要完成芯片对模拟信号的处理和变换，包括电源产生、时钟提取、载波中断的检测、负载调制等部分。（2）控制器控制器主要完成4种功能：A、在上电有效后及读期间，用配置存储器数据装载模式寄存器，以保证芯片设置方式工作；B、控制对存储器的访问；C、处理写命令和数据写入；D、在密码模式中，将接收操作码后的32位值与存储的密码进行比较和判别。（3）比特率生成与写解码比特率生成电路可产生射频的8，16，32，40，50，64，100，128分频后的数据比特率。写解码电路在写操作期间解读有关写操作码，并对写数据流进行检验。（4）高压（HV）产生器它在写入时产生对EEPROM编程时所需的高电压。（5）模式寄存器模式寄存器存储来自EEPROM块0的模式数据，它在每块开始时被不断刷新。（6）调制器调制器由数据编码器和调制方式两级电路组成，如下图。其输入为来自存储器的二进制NRZ码，输出用于对载波的负载调制。曼彻斯特码直接Biphase多路选择PSK1FSK1，1aFSK2，2aPSK2PSK3直接多路选择来自存储器至负载调制PSK调制所需的周期脉冲信号FSK调制所需的周期脉冲信号A、编码♥曼彻斯特码：逻辑1为倍频率NRZ码的10，逻辑0为倍频率NRZ码的01；♥Biphase：每个位的开始电平跳变，数位0时位中间附加一跳变B、调制方式PSK调制的脉冲频率为RF/2，RF/4或RF/8，RF为载波频率fc。它的相位变化情况有以下：♥PSK1：数位从1变为0或从0变为1时，相位改变180；♥PSK2：每当数位1结束时，相位改变180；♥PSK3：数位从0变为1（上升沿）时，相位改变180；FSK调制有以下4种：♥FSK1：数位1和0的脉冲频率为RF/8和RF/5;♥FSK1a：数位1和0的脉冲频率为RF/5和RF/8;♥FSK2：数位1和0的脉冲频率为RF/8和RF/10;♥FSK2a：数位1和0的脉冲频率为RF/10和RF/8;C、注意问题下面的组合不可使用：♥当编码为曼彻斯特码或Biphase码时，调制为PSK2或比特率为RF/8且脉冲频率为RF/8的PSK调制；♥比特率为RF/50或者RF/100的PSK调制，PSK的脉冲频率不为比特率的整数倍（7）存储器存储器EEPROM的结构如下图，它由8块构成，每块33位，第0位为锁存位，共264位。所有33位都可被编程，编程所需电压来自片内。但若某块的锁存位被置1，则该块被锁存，不能通过射频再次编程。01~32块L用户数据或密码（口令）7L用户数据6L用户数据5L用户数据4L用户数据3L用户数据2L用户数据1L配置数据0存储器EEPROM的结构块0为芯片工作的模式数据，它不能作为通常数据被传送，块1至块6为用户数据；块7为用户口令，若不需要口令保护，则块7也可作为用户数据存储区。存储器的数据以串行方式送出，从块1的位1开始到最大块（MAXBLK）的位32，MAXBLK为用户设置的最大块号参数值。各块的锁存位L不能被传送。（3）配置存储器EEPROM的块0用于存放配置数据。其各位的编码含义如下页表。（4）初始化电源上电后，e5551芯片按配置数据进行初始化（需256个载波时钟周期，约2ms），采用所选用的编码调制方式工作。位数功能描述L锁存位1~11保留12~14比特率编码15016~17编码方式18~20调制方式21~22PSK脉冲频率配置存储器的配置数据编码000RF/8001RF/16010RF/32011RF/40100RF/50101RF/64110RF/100111RF/12800直接01曼彻斯特10Biphase11保留000直接001PSK1010PSK2011PSK3100FSK1101FSK2110FSK1a111FSK2a00RF/201RF/410RF/811保留23AOR24025~27MAXBLK28PWD29序列终止符ST30块终止符BT31STOP32保留000000110102011310041015110611172、e5551芯片的读模式（1）读模式读模式是电源上电后的默认工作模式，下图为e5551芯片上电后进入读模式的情况，所示电压波形是e5551芯片所接谐振回路两端的电压波形。≤2ms≈2msPOR装载块0用配置的调制方法和比特率进入读模式负载调制A、读模式时的传送数据序列读模式时，传送数据序列从块1的第一位开始至最后一块的第32位，并循环传送。最后一块的块号由配置存储器的参数MAXBLK确定。当工作于该模式时，在传送循环数据序列之前，发送的第1位为，即e5551芯片传送的是逻辑0+循环数据序列。逻辑0B、块终止符BT和序列终止符ST终止符有两种：块终止符BT和序列终止符ST，它由配置存储器第30位和第29位分别设置。BT出现于每一个块前，而ST出现于传送数据每一个循环序列前。当既用BT也用ST时，块1前不用BT而仅用ST，如下图所示。当MAXBLK=0时，没有序列终止符ST。0块1块2……块1块2001001110ST块1块2…ST块1块20BT块1BT块2…0ST块1BT块2…块2STBT（2）直接访问的块读模式当在直接访问命令下工作时，可以读一个单独的块。所用命令码为10后跟锁存位和地址（3位块号），但配置存储器（块0）的PWD（使用口令）位必须为0。3、e5551芯片的写模式（1）写模式和gap读写器发出的命令和写数据可由中断载波形成空隙（gap）的方法来实现，并以两个gap之间的持续时间来编码0和1.当gap时间为50~150us时，两gap之间的24Tc（Tc为载波周期）时间长为0，56Tc时间长为1.当大于64Tc时间长而无gap再出现时，e5551芯片退出写模式。若在写过程中出现错误，则e5551芯片进入读模式，从块1的位开始传输数据。射频读模式写模式起始gapgap序列中的第一个gap称为起始gap。为了便于e5551芯片的检测，在一般情况下，起始gap应长于其后的gap，如下图：（2）写数据过程读写器发出双位码，作为命令传送至e5551芯片，命令的构成如下表所示：A、AOR（AnswerOnRequest）模式在AOR模式，配置数据中PWD=1，AOR=1，STOP=0。当AOR=1时，e5551芯片在装载块0后并不调制，将等待来自读写器的有效AOR命令，以备唤醒。AOR命令利用口令激活匹配的e5551芯片，该命令用于防碰撞，以选择所要的e5551芯片，完成读写操作。命令命令码后续位构成标准写10锁存位L+32位数据位+3位块地址号口令模式1032位口令+锁存位L+32位数据位+3位块地址号AOR唤醒模式1032位口令直接访问10锁存位L+3位块地址号停止STOP11-----命令的构成B、编程写入（标准写）模式当所有写信息被e5551芯片正确接收时，可编程写入。在写序列传送结束和编程之间有一段延迟，在此期间检测编程电压Vpp。在编程过程中对Vpp不断监测，不论何时Vpp过低都会使e5551芯片进入读模式。编程写入时间为16ms。编程写入成功后，e5551芯片进入读模式，并传送刚编程写入的块。一个完整的写序列成功的过程如下图。读模式写模式读模式操作代码块数据块地址编程锁存位起始gap块0装载PORC、口令模式当块0的PWD=1时，为口令模式。此时，命令码后面是32位的口令，它与存放在块7的口令从位1开始逐位比较。如果不匹配，则不能对存储器编程，在写序列完成后e5551芯片进入读模式（从块1开始）。当块0的PWD=0时，e5551芯片接收到一个写序列，它对应32位口令的位置，此时e5551芯片进入编程模式。在口令模式，MAXBLK值应小于7，以防止口令被传送。e5551芯片写模式与EEPROM块0的PWD，AOR，STOP位的关系如下表所示：PWDAORSTOP在Rest/POR后e5551芯片的工作模式110防碰撞模式100口令模式010AOR模式000标准写和直接访问模式4、e5551芯片的防碰撞技术STOP命令用于停止芯片的调制，使其进入休眠状态，不再向外发送数据，直至POR出现。5、e5551芯片的错误处理e5551芯片可检测出若干错误的出现，以保证只能是有效位才能写入EEPROM。错误的种类有两种：一种是写序列进入期间出现的错误，另一种是编程时出现的错误。A、写序列进入期间出现的错误♠在两个gap之间的时间长度错误♠命令码既不是10也不是11♠口令模式有效，但口令不匹配♠接收到的位数不正确正确的位数应该是：标准写38位口令模式70位AOR唤醒命令34位STOP命令2位当检测到上面任何一个错误时，e5551芯片在离开写模式后立即进入读模式，从块1开始传送B、编程期间出现的错误♠寻址块的锁存位为1♠编程电压Vpp过低如果写序列正确但出现上述错误，则e5551芯片立即停止编程并转至读模块，送出数据从被寻址的数据块开始。e5551芯片的工作过程如右图所示，它给出了芯片处理各类错误的流程。二、U2270B读写器芯片U2270B是工作于125KHz的用于读写器的集成芯片，它是应答器和微控制器之间的接口。它可以实现向应答器传输能量、对应答器进行读写操作，可与e5551系列等应答器芯片配套使用。它与微控制器的关系是，在微控制器的控制下，实现收发转换并将接收到的应答器的数据传送给微控制器。1、U2270B芯片的性能和电路组成（1）主要技术性能♠产生载波的频率范围为100~150KHz♠在125KHz载波频率下，典型的数据传输速率为5kbps♠适用于采用曼彻斯特码及Biphase码调制的应答器♠电源可采用汽车蓄电池或5v直流稳压电源♠具有可调谐的能力♠便于和微控制器接口♠可工作于低功耗模式2、内部电路结构U2270B芯片的内部电路结构组成框图如下，它主要有电源、振荡器、频率调节电路、驱动器、低通滤波器、放大器、施密特触发器等组成。芯片的引脚及其功能如下页表。引脚号名称功能引脚号名称功能1GND地9Coil1驱动器12Output数据输出10Vext外部电源3/OE使能11DVs驱动器电源4Input信号输入12VBatt电池电压接入5MS模式选择13Standby低功耗控制6CFE载波使能14Vs内部电源7DGND驱动器地15RF载波频率调节8Coil2驱动器216