无源RFID芯片MCRF250及其防冲突读写器设计

　　1 MCRF250简介

　　MCRF250是Microchip公司生产的非接触可编程无源RFID器件,工作频率(载波)为125kHz。该器件有两种工作模式：初始模式(Native)和读模式。所谓初始模式是指MCRF250具有一个未被编程的存储阵列,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128分频,调制方式为FSK,数据码为NRZ码);而读模式是指在接触和非接触方式编程后的永久工作模式,在该模式下, MCRF250芯片中的配置寄存器(详见后述)的锁存位CB12置1,芯片上电后,进入防冲突数据传送状态。

　　MCRF250 的主要性能如下：

　　●只读数据传送,片内带有一次性可编程(OTP)的96位或128位用户存储器(支持48位或64位协议)。

　　●具有片上整流和稳压电路。

　　●低功耗。

　　●编码方式：NRZ,曼彻斯特码及差分曼彻斯特码。

　　●调制方式：FSK,PSK,直接调制。

　　●封装方式：PDIP,SOIC。

　　2 工作原理

　　2.1 芯片内部电路组成

　　MCRF250芯片内部电路框图及与读写器构成的应用系统如图1所示。

　　芯片的引脚VA和VB外接电感L1和电容C1构成的谐振电路(谐振频率为125kHz, L1参考值为4.05mH,C1参考值为390pF)。读写器(Reader)侧的电路谐振于125kHz以用于输出射频能量,同时也用于接收MCRF250芯片以负载调制方式传来的数字信号。MCRF250芯片内部电路由射频前端、防冲突电路及存储器三部分组成。

　　2.2 射频前端电路

　　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(工作电压VDD和编程电压VPP)、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。

　　2.3 配置寄存器

　　配置寄存器用于确定芯片的工作参数。配置寄存器也能以非接触方式编程,它由制造商在生产中进行编程。配置寄存器共有12位,其功能如图2所示。其中位11(CB11)总是为1。位10(CB10)用于设置PSK速率,置1时速率为fc/4,置0时速率为fc/2。当CB12为0时,表示存储阵列未被锁定;为1时表示成功地完成了接触编程或非接触编程,此时芯片工作于防冲突只读模式下。

　　2.4 防冲突电路

　　片内有防冲突电路,当发生冲突时,MCRF250可停止数据发送,并在防冲突电路的控制下,可再一次在适当的时候传送数据。这种功能保证了当读写器射频场中有多个RFID卡时,可以逐一读取。该防冲突措施要求读写器能提供载波信号中断的时隙(Gap)能力。

　　3 FSK防冲突读写器的电路设计

　　3.1 防冲突技术

　　ISO/IEC1444-3标准给出了TYPE A和TYPE B两种初始化和防冲突规范1：TYPE A采用面向比特的防冲突帧,支持比特冲突检测协议;TYPE B通过一组命令来管理防冲突过程,防冲突方案以时隙为基础。