基于ISO14443A協議的RFID模擬前端設計

3.2 數據接收

　　圖4為數據接收電路，即解調電路。讀卡器向卡發送的數據是載波為13.56 MHz、數據率為106 kb/s的100%的幅度調制信號，波形可以看作106 kHz的方波與13.56 MHz的正弦波的乘積。數據解調的原理是：當RF1電壓為正弦波時(即有效數據1部分)，電壓信號由D0、I0、C1、C2構成的包絡檢波整形。在A點得到直流電壓為VREF6并帶有一定紋波的電壓信號，紋波的大小由C1、C2、I0的大小決定。選取REF6=0.6 V，VREF3=0.3 V，比較器輸出高電壓。當RF1電壓由正弦變為0(有效數據0部分)時，由于A點信號反應速度高于放大器帶寬，包絡檢波的A點電壓迅速降低，使VA

　　由于工藝與溫度的偏差，導致I0、C1、C2的值發生變化，A點的紋波大小會發生變化。在RF1為正弦波，也就是數據為1的時候，若A點的紋波大于2(VREF6～VREF3)，數據解調將發生錯誤。比較器在有效數據為1時應輸出高電壓，但是由于A點電壓紋波過大導致比較器輸出在數據為1輸出13.56 MHz的方波，解調失敗。可以通過提高VREF6的值，從而提高A點紋波的容忍度，來解決這個問題。但是若A點電壓過高，使A點反應速度低于放大器帶寬，數據由1變為0時，A點不能迅速作出反應，產生低電壓，所以不能解調出數據0。所以VREF6的值的選取需要適中，最好可以由系統動態配置。

　　3.3 數據發送

　　圖5為數據發送電路，即調制電路。卡發送到讀卡器的是載波為13.56MHz，數據率為847kb/s的幅度調制信號。此電路的原理是采用負載調制的方法達到協議要求的幅度調制的目的。當不需要發送數據時，數據線為0，RF1、RF2為13.56MHz的載波。需要發送數據時，數據線為847 kHz米勒編碼的方波。當數據為0時，RF1、RF2上的正弦電壓幅值較大。當數據為1時，M1打開，將RF1、RF2上的電壓拉低，即RF1、RF2上正弦信號的幅值變低，數據的變化會導致RF1、RF2上載波幅值變化，從而完成數據的發送。

　　卡向讀卡器發送數據時，系統上作出了優化，使模擬電路的設計變得簡單可靠。當發送數據1時，由線圈耦合過來的能量大部分由M1釋放，從而導致用于芯片正常工作的能量變少，使芯片不能正常工作，交互失敗。所以，當向外發送數據時，軟件使芯片內部嵌入的8051處理器進入休眠模式，降低整個芯片的功耗，從而使芯片安全渡過電源不足的階段。

　　4 仿真與測試

　　圖6為仿真結果，卡與讀卡器的交互分為3個階段：

　　①二者無數據交互，此時卡開始上電或者處理接收到的數據，此時電源電壓穩定;

　　②接收數據，線圈發出的上是100%的幅度調制信號，DATA_IN為解調后的數據;

　　③發送數據，卡產生的DATA_OUT是847 kHz的方波，對線圈上的電壓進行負載調制，調制后線圈上的電壓信號是幅度調制信號，這些信號會被讀卡器耦合并解調。

　　在整個交互過程中電源電壓保持穩定。測試結果與仿真結果基本一致。

　　結語

　　本文討論了RFID芯片模擬前端的實現方法，在電源產生、數據收發方面采用了新技術，并且從整個系統上作了優化，簡化了模擬前端的設計，使整個系統更可靠。該芯片已通過小額支付與門禁系統的實驗室測試，其對惡劣外界干擾的抵御能力需要進一步測試與改進。