RFID芯片T5557及其FSK读写器电路设计_无线通信论文
关键词：rfid t5557 读写器 fsk d类功放
1 t5557的主要特点
t5557的atmel公司生产的非接触式无源可读写rfid器件，这的工作频率（载波）为125khz。可兼容e555x系列芯片。t5557芯片具有以下主要特性：
*具有75pf的片上谐振电路电容；
*7×32bit eeprom数据存储器（包含32bit的密码存储器）；
*独立的64位可追踪数据存储器；
*eeprom中的配置存储器可能设置芯片工作参数；
*数据速率可在rf/2和rf/128之间的以2的幂次可选；
*编码方式：nrz、曼彻斯特及biphase码；
*调制方式：fsk、psk、直接；
*具有请求应答（aor）、密码、常规读、直接访问等多种工作模式；
*具有写保护特性；
*otp（一次可编程）功能。
2 t5557的应用系统构成
t5557的典型应用系统构成图如图1所示。图中，读写器向t5557（亦称之为tag）传送射频能量和读写命令，同时接收t5557芯片以负载调制方式送来的数据信号。
3 内部组成及工作原理
3．1 内部组成电路
实际上，t5557芯片的内部电路组成框图也示于图1，从图中可以看出，它由模拟前端、写解码、比特率产生器、调制器、模式寄存器、控制器、存储器、编程用高压产生器、测试逻辑等电路构成。其中：模拟前端电路主要完成芯片模拟信号的处理和变换，包括电流产生、时钟提取、载波中断（空隙gap）检测、负载调制、esd保护等电路；写解码电路主要在读写器向芯片写数据时，用来解读有关写操作码，并对写数据流进行校验；hv产生器可产生对eeprom进行编程写入所需的高电压；控制器主要完成四种功能，一是在上电（por）有效后及读期间，用配置存储器数据（在eeprom的块0中，见后述）装载模式寄存器，以保证芯片按设置方式工作。二是控制对存储器的访问。三是处理写命令和数据写入。四是在密码模式中，将接收操作码后的32位值与存贮的密码进行比较和判别；调制器用于实现fsk、psk调制；t5557具有330位eeprom存储器，其结构如图2所示，分为页0和页1两页。页0的块0是配置存储器。每块的位0是块锁存位，一旦锁存置位，本块（包括锁存位）不能通过射频再次编程。t5557中eeprom的可追踪数据是指atmel在生产制造测试过程所保留的众多识别数据，可供查询，这是e555x系列没有的。
此外，t5557中配置存储器的功能结构位图如图3所示。
3．2 t5557的初始化及读写器通信
电源上电后（por有效），t5557将对存储在eeprom块0中的数据进行初始化，此时若图3中的por位为0，则在约3ms后按块0的调制参数设置进行调制。若需置位por，则其初始化时间约为67ms。
在卡（tag）与读写器进行通信时：通常由卡将存贮在eeprom中的数据以负载调制方式循环送至读写器。根据传送数据循环组织方式的不同又可分为常规（regular）读模式、块读模式和序列终止符模式。具体如下：
（1）常规读模式：传送数据序列从块1的第一位开始至最后一块（最大为块7）的第32位。最后一块的块号由配置存储器的参数maxblk值确定。若maxblk为0或1，则不断传送块0或块1的数据。工作于此模式时，在传送循环结构数据之前其发送的第一位为逻辑0。
图3
（2）块读模式：在直接访问命令下工作时，仅有被寻址的块被读。在配置存储器pwd位置1时的密码模式下，对32位块的直接访问需要32位密码，若密码不匹配，则t5557会返回常规读模式。在块读模式下的第一位也为逻辑0。
（3）序列终止符模式（st）：这是与e5550兼容的一种方式，在数据传送开始和循环数据开始时插入一个序列st（4位1组成），来实现与读写器的同步。但序列仅用于fsk和曼彻特码调制方式。st序列第2和第4位时段负载调制在fsk模式时一直关断，在曼彻斯特码时一直接通。该方式通常由eeprom块0的st位置1实现。
3．3 读写器至卡的通信
读写器发出的命令和写数据可由中断载波形式空隙（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时间在50~150μs时，两gap之间的24tc(tc为载波周期)时间长为0，54tc时间长为1，当大于64tc时间长而无gap再出现时，t5557退出写模式。若命令正确，t5557将正常执行；若出现错误，则t5557转至常规读模式。
序列中的第一个gap被称为起始gap。为了便于t5557的检测，一般情况下，起始gap应大于其后的gap（见图4）。
图4
（1）写数据协议
读写器发出双位码，作为命令传送至t5557。命令的有关构成列于表1。
表1 命令表
| 命令 | 命令码 | 后续位构成 |
| aor | 10 | 密码（第1～32位） |
| 标准写 | 1p | 锁定位l+数据（第1～32位）+地址（第2～0位） |
| 保护写 | 1p | 密码（第1～32位）+锁定位l+数据（第1～32为）+地址（第20位） |
| 直接访问（pwd=1） | 1p | 密码（第1～32位）+0+地址（第2～0位) |
| 直接访问（pwd=0） | 1p | 0+地址（第20位） |
| 页0/1常规读 | 1p | |
| reset命令 | 00 |
注：表中p为页选择（p为0或1）
（2）aor（请求应答）模式（此地密码位pwd=1）
当aor置1（块0），t5557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命令利用密码激活匹配的t5557芯片，该命令可用于防止冲突，以选择所要的卡读写。
（3）编程写入
当所有写已被t5557正确接收时，便可编程写入。在写序列传送结束和编程之间有一段延迟。编程写入时间为5.6ms。编程写入成功后，t5557进入块读模式，并传送刚编程写入的块。一个完整的写序列成功的过程如图4所示。
图5
3．4 扩展模式（x-mode）
在块0中将master key（4位）设置为6或9并将x-mode位置1，便可进入扩展模式。master key等于9时可进入测试模式，等于6时不允许测试模式。其它master key位置都不能使t5557进入x-mode，即使x-mode位置1也不能进入。扩展模式（和e555x不兼容）具有下列特点：
*波特率：该波特率的值由块0的第9位至14位（n5至n0）的位值n来确定，波特率为fc/(2n+2)，其中fc为载波频率。
*调制编码方式：由块0的第16至20位设置，编码不同于e555x兼容的方式。
*otp功能：若块0的otp（第24位）置1，所有锁存位置1，则所有块都是写保护的。若master key值为6，则t5557的工作模式被锁存，即为otp功能。若master key值为9，则测试模式访问允许重构配置。
*序列开始标志：它由两位（10或01）组成，用于同步读写器，在每一块数据传送开始时插入，10和01是交替使用的。
*反向数据输出：使数据输出反向（即1与0反向，输出为其反）。
*快速写。快写模式时，两个gap之间是12tc时间长为0，是27tc时间长为1。而在一个gap后，超过32tc时间长而不出现下一个gap时，t5557将退出该快写模式。
4 fsk读写器电路设计
4．1 fsk调制
t5557芯片的fsk调制方式有fsk1、fsk2、fsk1a和fsk2a四种，其参数列于表2。一个典型的fsk调制波形如图5所示。
表2 t5557的fsk调制（fc为载波频率）
| 模式 | 数据0的频率f0 | 数据1的频率f1 |
| fsk1 | fc/5 | fc/8 |
| fsk2 | fc/10 | fc/8 |
| fsk1a | fc/8 | fc/5 |
| fsk2a | fc/8 | fc/10 |
4．2 fsk读写器
当t5556采用fsk调制模式时，其读写器应具有对应的解调电路，图6所示是一种fsk读写器的电路结构框图。它由4mhz晶振振荡器、分频器、载波功放、gap控制、包络检波、滤波放大、脉冲成形、fsk解调、微控制及与主机接口电路等组成。