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      2. 載頻為13.5MHz的IC卡PCD發送通道技術

        時間:2024-10-14 20:42:12 理工畢業論文 我要投稿
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        載頻為13.5MHz的IC卡PCD發送通道技術

        摘要:介紹了13.56MHz PCD發送通道的電路結構和設計思路,給出了一種適合TYPE A、TYPE B、REID等多種非接觸式IC卡的PCD發送通道的設計方法。

        1 引言

        非接觸式IC卡是射頻技術和IC卡技術相結合的產物,它成功地解決了無源和免接觸問題,因而獲得了廣泛的應用。ISO/IEC 14443是較新型的非接觸IC卡的國際標準,該標準稱IC卡為PICC卡,讀寫器為PCD。它規定了PICC和PCD之間的TYPE A和TYPE B兩種通信傳輸模式,它們的載波頻率均為13.56MHz。這兩種模式主要針對智能卡。實際上,有很多存儲器卡、射頻身份識別卡(RFID)也是采用13.56MHz作為載頻,但其信息傳輸僅從PICC到PCD。在PCD的設計中,若編解碼、調制解調電路能適應多種傳輸模式,那么PCD就會有更大的應用范圍。限于篇幅,本文僅就PCD發送通道的編碼和調制電路進行分析。

        2 非接觸式IC卡系統的基本組成

        非接觸式IC卡的基本組成框圖如圖1所示。 該系統由PCD和PICC組成。PCD則以微控制器為核心,分為發送和接收兩個通道。發送通道由13.56MHz振蕩器、功放、調諧電路、編碼器、調制器組成。接收通道由解調電路、濾波放大器、解碼器組成。收發數據由微控制器處理,并可和主機通信。

        設計PCD時可采用PHILIPS公司的MIFARE技術讀寫模塊MCM200/MCM500來實現,MCM是Mi-fare Core Module的縮寫,意為Mifare核心模塊,它和MIFARE射頻RF模塊相結合的協議規范被稱為ISO/IEC14443 TYPE A標準。圖2所示是采用MCM設計PCD的框圖。

        MCM200模塊主要應用于對卡片操作距離為25mm的卡式讀寫器中,而MCM500模塊則主要應用于對卡片操作距離為100mm的卡讀寫器中。MCM具有數據加密、錯誤偵察、CRC校驗、防沖突等功能。其功能可通過軟件編程來實現。

        3 編碼電路

        ISO/IEC14443標準規定的數據傳輸速率為106kbps,數據時鐘頻率為載波頻率的128分頻。從PCD向PICC傳輸數據時,若使用TYPE A模式,則應采用修正的密勒(Miller)碼,而用TYPE B則可直接使用NRZ(不歸零)碼,在這兩種編碼中,修正的密勒碼比較復雜。

        3.1 修正的密勒碼編碼

        TYPE A中定義了如下三種時序:

        (1) 時序X:該時序將在64/fc處產生一個“pause”(凹槽);

        (2) 時序Y:該時序在整個位期間(128/fc)不發生調制;

        (3) 時序Z:這種時序在位期間的開始時,產生一個“pause”。

        在上述時序說明中,fc為載波13.56MHz,pause凹槽脈沖的底寬為0.5~3.0μs,90%幅度寬度不大于4.5μs。用這三種時序即可對幀進行編碼,即修正的密勒碼,其中邏輯“1”選擇時序X?邏輯“0”選擇時序Y。但有兩種情況除外,第一種是在相鄰有兩個或更多的“0”時,此時應從第二個“0”開始采用時序Z;第二種是在直接與起始位相連的所有位為“0”時?此時應當用時序Z表示。

        另外,通信開始時,用時序Z表示。通信結束則用邏輯“0”加時序Y表示。無信息時,通常應用至少兩個時序Y來表示。

        3.2 編碼電路設計

        實現修正的密勒碼編碼的硬件電路編碼器的原理框圖如圖3所示。圖4所示是假定輸出數據為011010時,采用圖3方案的波形圖,其中,使能信號e用于激活編碼器電路以使其開始工作。波形a為數據時鐘,b為數據輸入端波形,它的第一位為起始位,用于送出不歸零碼0,第二位至第七位為數據信息,其后是結束位,也應以不歸零碼輸出。編碼電路要將00110100變換成修正的密勒碼編碼。從圖中可以發現,a和b異或(模2加)后形成的波形c有一個特點,即其上升沿正好對應于X、Z時序所需的“pause”的起始位置,因此,可以用c波形控制計數器的開始,以對13.56MHz時鐘計數,若按模8計數,則d波形中的“pause”脈寬應為8/13.56即0.59μs,因而可滿足TYPE A中“pause”凹槽脈沖底寬的要求。這樣,通過波形d中輸出的相應時序ZZXXYXYZY即可完成修正密勒碼的編碼。當送完數據后,拉低使能電平,編碼器停止工作。

        3.3 軟件編程

        該編碼器的軟件編程方法比較簡單,可以按X、Y、Z時序編寫相應子程序,然后將輸出數據塊從通信起始位至通信結束位,一位一位地按編碼規則轉換為相應時序,其流程見圖5所示。

        對于前例數據011010,通過圖5的軟件流程即可得出修正密勒碼時序ZZXXYXYZY?將該時序電平從I/O口送出即為修正的密勒碼流。

        3.4 NRZ碼編碼

        TYPE B的PCD到PICC數據傳輸采用的是NRZ編碼,其中的邏輯“1”表示載波高幅度無調制,邏輯“0”則表示載波低幅度。這種編碼通常可由微控制器直接輸出。

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