125KHz非接触式IC卡原理与应用

1、125KHz 非接触式 IC 卡原理与应用第一部分：基本知识一、简介IC 卡（ IntegratedCircuitCard ）经过 20 多年的发展，已广泛应用于金融、电信、保险、商业、国防、公共事业等领域。 IC 卡按外部接口设备的连接方式可分为接触式 IC 卡 和非接触式IC卡（又称射频卡，RFID）两类。接触式IC卡，就是IC卡与外界进行数据通 讯时，芯片的电极触点必须与 IC 卡读写设备直接连接；非接触式 IC 卡在使用时则无须与 IC 卡读写器设备直接连接， 而是通过无线电波或电磁感应的方式实现与 IC 卡读写设备的数 据通讯。在刷卡速度要求高，用卡环境恶劣，污染严重等环境下，非接触

2、式IC 卡有着它特有的优势。非接触式 IC 卡成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域 的一大突破，由于其高度安全保密、 通信速率高、 使用方便、 成本日渐低廉等特点而得到广 泛使用，主要应用于智能门禁控制、智能门锁、考勤机以及自动收费系统等。射频卡与接触式 IC 卡相比有以下优点： 可靠性高，无机械接触，从而避免了各种故障； 操作方便，快捷，使用时没有方向性，各方向操作； 安全和保密性能好， 采用双向验证机制。 读写器验证 IC 卡的合法性， 同时 IC 卡验 证读写器的合法性。 每张卡均有唯一的序列号。 制造厂家在产品出厂前已将此序列 号固化，不可再更改，因此可以说世

3、界上没有两张完全相同的非接触IC 卡。射频卡根据使用频段的不同可分为低频卡和高频卡、超高频卡： 低频卡与读写器间通信使用的频段为低频段 , 常用频点有 125kHz、 134kHz； 高频卡、超高频卡与读写器间通信使用的频段为高频段 , 如 13.56MHz、915MHz、 2 45GHz等。按工作距离的不同也可分为近距离卡和远距离卡： 近距离卡与读写器之间的有效作用距离为几厘米到几十厘米以内； 远距离卡与读写器之间的有效作用距离可达一到十几米以上。按操作类型又可分为： 低/高频只读型、 低/高频无加密读写型、 低/ 高频可加密读写型、 多扇区独立加密应用型以及用户自定义分区应用型等。目前，世

4、界上较有影响、规模较大的 RFID 生产厂商很多，常用的标签芯片有飞利浦 （Philips） 公司的 Mifare 1 S50/S70、UtraLight IC U10 DESFire MF3IC D40、I CODE /2、 Hitag 1/2/s ;德州仪器（TI）公司的 TI_256/2048 ;爱特梅尔（AtmeL）公司的 T5557、e5551; 瑞士微电子（卩 EM）公司的 EM41xx系列、EM4034 4035、4069、4135、4150、4450 等；意法 半导体（ST）公司的 SR176 SRIX4K；英赛德（INSIDE）公司的 PICOPASS 2K/16K/32K;

5、台 湾公司的TK41等等。另外还有瑞士 Legic公司、德国英飞凌（Infineon ）公司、西门子（Sieme） 公司等，都有性能不错的RFID芯片供应市场。二、RFID系统构成一个最基本的 RFID系统如图1所示，一般包括以下几个部份：1、RFID卡：RFID卡（标签）作为信息载体，存有目标物所有的相关信息以及与读头之 间的交互加密认证信息等。2、 RFID读写器：读写器一般由微处理器（MCU、RFID基站芯片以及天线三部分构成， 它是整个RFID系统的主体，负责读取和写入RFID卡内的信息。3、上位机（ PC 机）：上位机系统一般用来与读写器进行通信，使得人机之间的交互更加直观和人性化，

6、同时可以利用PC机丰富的接口资源和强大的存储、处理能力，对读写器进行网络接入、远程控制等操作。RFID卖写器RFID系统以半双工方式在读写器与RFID卡之间双向传递读、写数据。在进行寻卡时，读写器通过天线向 RFID卡片发送已编码的电磁波。 进入读写器工作区域的 RFID卡接收到此脉 冲信号，获取能量，芯片中的射频接口模块由此获得电源电压、复位信号、时钟信号等，同 时芯片中有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码认证、操作权限等进行判断。若为允许读命令,控制逻辑电路则从 EEPRO中读取有关信息，经加密、编码、 调制后由卡内天线回送给读写器。读写器对接收到的信号进行解调、解码

7、、解密后送至控制器处理。若为允许修改信息的写命令，相关控制逻辑对EEPROM中的内容进行改写。若经判断其对应的密码认证或权限不符，则返回出错信息，同时禁止任何进一步的非法读写操作。三、RFID常用的几种编码格式图2所示为几种RDID系统中常用的编码格式：数据10111001时钟1ACTTUULLIUinMCIBC二图2 125KHZ RFID系统中常用的几种编码格式抗碰撞码（AC主要应用在Philips 公司的Hitag-s等卡中，为了防止处于同一读写器 电磁场范围内的多个卡所发出信号发生碰撞而导致误码，在卡的初始化阶段采用此编码格 式。由于数据“ 1”和数据“0”的频率不同，因而可以较容易区

8、分。Bi-phase码（BC全称为双相间隔码编码，其原理是在一个码元周期内采用电平变化 来表征数据。如果电平从码元的起始处翻转，表示数据“1”，如果电平除了在码元的起始处翻转，还在码元中间翻转则表示数据“ 0”，如图 2中所示。卜位传送用1朝丨極們 LTTTTTT_rLTL_rL_rLrL二I n n ti图3曼彻斯特编码中的空跳边沿曼彻斯特编码（MC采用上升沿对应数据“ 0”，下降沿对应数据“ 1”， 微控制器通过 检测读卡器输出数据码元的跳变来实现对曼彻斯特码的译码。应注意的是，在连续“0”或“ 1 ”出现时，会出现不表征数据的空跳沿，如图3所示。除了上述三种编码外， 在RFID系统中，二

9、进制（BIN）、频移键控（FSK、相移键控（PSK 等编码也很常见，其中曼彻斯特编码的应用最为广泛，几乎所有RFID卡片都支持此编码格式。第二部分：基站芯片125KHz RFID的基站读写芯片有很多种，本文对 EM4095 HTRC110以及U2270B进行简 单的介绍。、EM4095EM4095（原称P4095）是瑞士微电子（卩EM）公司生产的一款 125KHz RFID基站芯片。该芯片集成相位同步逻辑系统，可以得到与线圈谐振频率相同的载波频率，不需外部晶振，载波频率为100到150kHz,支持多种IC卡传输协议，女口 EM400X EM4050 EM4150 EM4070EM4069等，封

10、装形式为SO16 EM4095一般与天线和微处理器一起使用，仅需很少的外围器 件进行DC和RF滤波、感应和电源去耦即可正常工作。EM4095的管脚图与管脚功能定义分别见图4和表1。VSS c3DC2RDY/CLK 匸JFCAPANTI LZJSHDDVDD C DEMOD_OUTDVSS 匸 MODANT2 匸3 AGNDVDD E2 CDECJNDEMODJN 匚2 CDEC_OUT图4 EM4095管脚图EM4095器件的工作受控于逻辑输入SHD和MOD当SHD=1时，EM4095处于休眠状态，功耗 降为最小；在上电时，SHD应为1以实现正确的 初始化。当SHD=0时，允许电路发射射频信号

11、， 开启解调和AM调制，从AM解调模块得到的数管脚符号功 能1VSS电源地2RDY/CLK就绪标志和时钟输出3ANT1天线驱动4DVDD天线驱动器电源5DVSS天线驱动器电源地6ANT2天线驱动7VDD电源8DEMOD IN天线感应信号输入9CDEC OUTDC模块电容输出10CDEC INDC模块电容输入11AGND模拟地12MOD调制输入端13DEMOD OUTW调信号输出端14SHD睡眠模式使能端15FCAPPLL环路滤波电容16DC2DC模块去耦电容表1 EM4095管脚功能定义字信号从DEMOD_Ol脚输出，送给微处理器解码和处理。当MOD=1寸，使得主天线驱动与 RF （射频）载波

12、同步进入三态状态，VCO和AM解调链路保持MOD高前的状态。这确保了在MOD!放后可以快速的恢复原有状态。在MOD勺下降 沿，VCO和AM解调在41个RF时钟之后打开。在读、写两种状态下读写器线圈和标签线圈处的电平信号形式如图5所示。图中，a）图为写卡时的信号，读写器线圈输出信号，该信号受控于MODT脚的电平，MOD=1寸，调制信号输出，而当MOD=0寸，仅输出载波信号，无数据信息；b）为读卡时的信号形式，EM4095 要进行读卡操作时，需要先将MODS低以无调制的发射载波信号，当标签进入读写器的磁场区域，会自动根据预设模式输出信息，EM4095检测到后，对信号进行解调，解调的数据信息从DEM

13、OD_OUT脚输出。P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0NCGNDX2X1RDWRU122A1221A1120A1019A918A81716GND15X114X213RD12WRP89V51RD2_TQFPMOOa）写标签信号形式b）读标签信号形式图5读写器和标签线圈信号图6 EM4095典型应用电路EM4095 的典型用电路如图 5所示，其中 MOD SHD RDY/CLK以及DEMOD_OUT脚与微 处理器（MCU相连。EM4095 MCU与天线一起组成一个 125KHz RFID读写器，其可完成的 主要功能包括：1）载波频率驱动线圈；2）对可写卡磁场的调幅调制；3）对线圈上由卡引发的

14、调制信号进行幅度解调;C11C120.1UF0.1UFC130.1UF4）与微处理器之间相互通信。R23470、U2270BTitleRevision(1)载波频率fOSC范围为100150KHZ。：25-Feb-2008F:my work sp502xakSheet of电路 EM4095.DDBWn By工作于125KHz时，典型的数据传送率为5kb/s 。支持曼彻斯特编码和 Bi-phase码。可由5V的稳压电源或汽车蓄电池供电。具有调谐能力。与微控制器有兼容的接口。处于待机工作方式时，其功耗甚低。(8)有一个向微控制器供电的输出端。U2270B是ATMEL公司生产的一款125KHf基站

15、读写1芯片，其主要特点如下:U2270B为S016贴片封装，其管脚图与管脚功能定义分别见图7和表2。表2 U2270B管脚功能定义GND I : Output I : oe nInput LMS I :CFE厂 DGND L COIL2 L1234567816151413121 I109 HIPASSRF1 VS_ Standby VBATTn dvs-I VEXT COIL1图7 U2270B管脚图U2270B的供电有三种模式：1）单一外部电源供电：所有的内部电路均由同一个5V电源供电，如图8A）所示此时，VS VEXT和DVS脚为输入，VBATT脚不用，但是也 必须接在一起。2）双外部电源

16、供电：DVS和VEXT比其他电路工作电压要高，以达到较高的驱动输出摆幅,管脚符号功 能1GND电源地2OUTPUT数据输出3/OE数据输出使能4INPUT数据输入5MS线圈输出模式选择6CFE载波频率使能7DGND驱动器地8COIL2线圈输出29COIL1线圈输出110VEXT电源向外部供电输出11DVS驱动器供电端12VBATT电池供电端13STANDBY待机模式输入14VS内部电源供电（5V）15RF频率调整端16HIPASSDC模块去耦电容从而得到较强的磁场，而VS接到5V电源上,如图。此种接法下，驱动器电压可以达到8V，适用于通信距离较大的情况下。图8 U2279B的三种供电模式16V

17、3）12V电池供电：此模式下，电压由VBATT脚输入，与前两种不同在于，1）2）模式下供电电源必须是稳定的直流输入，而此模式不同，无需外部的电压调整电路，只需一个 NPN极管即可。VS和VEXT由内部产生，VEXT为三极管基极供电，同时也可向外部电路 （如 MCU提供电源。芯片内部的齐纳二极管向 VEXT和VBATT提供过压保护。通过STANDB管脚可以关闭芯片，但此时 VEXT输出不受影响。表3磁场耦合因子与电路选择具体选择哪种供电方式，要根据实际磁场耦合因子电路形式应用环境和设备需求而疋。如果应用场合3%自由震荡下没有稳压电源提供，而只有7V-16V范1%二极管反馈围内的不稳定电压，则应选

18、择电池供电模0.5%二极管反馈加频率调整式，使用内部电压调整电路，并且可以向0.3%二极管反馈加频率调谐其他电流要求不太高的器件供电；如果已有直流+5V电源，则可选择单一外部电源供电，但应保证此电源是无噪声的；同时，实际应 用中根据所需磁场耦合因子大小，也要选择不同的电路模式，磁场耦合因子由传输距离和天线线圈决定，其与电路形式选择关系如表3所示。U2270B芯片通过 CFE OE OUTPU和 STANDBY管脚与MCU接口，来实现读、写等操作。02U1ocdTTCCCL 7P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0NCGNDX2X1RDWR2221201918171615141312读写器对标

19、签的写操作通过 CFE管脚完成，写过程是由对射频载波的通断时间控制实现的。同时，MS脚的状态决定了线圈输出的模式，MS=0时为共模输出，反之，MS=1则为差模输出。MS和CFE联合作用对线圈输出1/2的控制如表读写器的读标签操作则通过 0E和OUTPU管脚实 现。当标签进入读写器磁场范围，发送自身信息，由天线线圈感应到的信息输入到INPUT脚，经U2270B滤波和解调后，数据信息将从OUTPUT却以曼彻斯特编码或Bi-phase码形式输出，而信息输出与否受控 于0E管脚的状态，当 OE=0时，允许 OUTPUT俞出信4所示。表4线圈输出控制模式CFEMSCOIL1COIL20011010110

20、向上脉冲向上脉冲11向下脉冲向上脉冲息。对于U2270B线圈驱动的两种模式，共模输出时，两个输出端为同相位，此时可以将其连接起来以获得较大的天线驱动电流；而差模输出时，由于两个输出端相位相反，因而天线线圈的驱动电压较高。 差模方式下，天线线圈的阻抗要较共模方式高，进而可以获得较高的系统灵敏度，因而,4差模方式使用较多。5C1100uFC20.1uFR1110K10 4 215FC3ms+5VR6470K1.2nFCIN1.35mHITllSTANDBYOEOUTPUTCFE513326STANDBY OE OUTPUT CFEU2270B一 ZNDcoDNG16C4CHP图9 U2270B的一

21、种典型应用电路图9所示为U2270B的一种简单的典型应用电路，采用单一外部电源供电模式。 高电平，设置线圈驱动模式为差模方式。由于U2270B的工作频率受控于流入 率。对于 125KHZ , R1 值为 110K Q ,A12A11A10A9A8R1KH 143755fscKHzVCCMS接RF和VS管脚之间所接 1的 R1c为工作频率调整电阻，RF端的电流大小，因而，调整R1的大小即可影响频C15若要采用其他频率，阻值可根据下式计算得到：U27VDD4表35电容值选择ANT1DEMOD_OUT RDY/CLK SHD MOD132141210R74K7R124K7R134K7DEMOD_OU

22、T RD/CK SHDMODCDEC INCin9 ChpCDEC_OUT680pF100nFFCAP151.2nF22nF图9中输入电容天线IN和直流去耦电 容Chp的值与所用 RFID标签传输速率)成线性关系，下表为最常用的两种组合，P89V51RD2_T适用于MC和BC编码。STANDBY CFE OUTPUTS OE四个口线与 MCI接口，完成读写等各项操作。三、HTRC110HTRC110是飞利浦(Philips )公司生产的一款 RFID基站读写芯片，它主要面向 Hitag 系列(Hitag-1, Hitag-2, Hitag-s等)RFID卡应用，同时也支持所有写操作为 AM方式

23、、读操作为AM/PM方式的125KHZ射频卡。其主要特点有：(1) 载波频率fOSC范围为100150KHz=X1 GNDX2RDWR数据速率(f=1625KHz2)C181000P8f/32=3.9Kb/s11 f/64=1.95Kf|/s0.1uF1DEMOD INAGNDC4 (.1uFC50.01uFC70.01uF针对Hitag系列卡片进行优化设计。(3) 天线线圈驱动能力强。(4) 片内集成振荡器。(5) 具有天线断路和短路检测能力。(6) 功耗低，尤其在低功耗模式电流小于20卩A。(7) 与MCI有三线接口。9和表2。A?HTRC110为SO14贴片封装，其管脚图与管脚功能定义分

24、别见图表6 HTRC110管脚功能定义符号14113管TX1TX2编码器RX解调器相位测量1234567VSSTX2 VDDTX1MODEXTAL1XTAL2QGNDCEXTNCDOUTDINSCLK121110XTAL2图10 HTRC110管脚图7856sovTELEOQGND1314RX模拟地 解调器输入串行匚接口S图11 HTRC110内部框图为了简化应用设计，HTRC110已经集成了几乎所有必需的模块,21虑波使能合功 能 电源地 线圈驱动输出5V供电输入 线圈驱动输出SCLK与 DIN振荡器输入 振荡器输出其内部结构如图11所示，收发部分包括了一个强大的天线驱动器/调制器、低噪声自

25、适应采样解调器、可编程滤波器/放大器，三线MCU串行接口用来对 HTRC110编程控制以及实现与标签卡之间的双向 通信。三线接口也可以把 DIN和DOUT接在一起，变成两线接口。表7 HTRC110的命令格式令GET SAMPLING TIMED7D6D5D4D3D240D1D0GET CONFIG PAGEREAD PHASEREAD TAGP1P0WRITE TAN3WRITE TASET CONFIG PAGEP10D3SET SAMFLING TIMED5D4D3N2N1N0D2D2D1D1D0D0HTRC110的所有设置和操作都是通过三线接口受MCU控制的，其控制命令共 8种,如表7

26、所示。命令长度以比特位 (bit)为单位，READ_TAG和 WRITE_TAG 两条为短命令， 为3 bit，其他命令都为长命令，可成字节发送。1) READ_TAGREAD TAG111命令响应从DOUT接收数据此命令为3 bit命令，用于读取解调后的数据信息。当收到 READ_TAG命令的3个bit 后，HTRC110切换到读卡模式，将解调后的数据流从 DOUT送出，以供MCU解码。当SCLK 线上出现一次上升沿时，读卡模式结束。2)WRITE TAG NWRITE TAG N0001N3N2N1N0命令响应无此命令用于写卡操作。当命令中的N3N0都设为0时，DIN的信号透明的传输到天线

27、驱动器，DIN=1时天线驱动器关闭，反之， DIN=0时打开。天线线圈磁场的通断时间表征 了输出信息，从而实现对卡的操作。若N3N0为00011111之间的某一数值(记为N, 131)，则当DIN出现一个上升沿时，驱动器关闭，且此状态持续N*T0时间，其中T0=8卩s,即1/125KHZ，时间到后自动打开，等待下一个 DIN脉冲。这样可以节省 MCU的工作开销，而且可以提供出更准确的 写卡时序。当SCLK线上出现一次上升沿时，写卡模式结束。3) WRITE_TAGREAD TAG110命令响应无此命令为3bit短命令，是 WRITE_TAG_N的简化版，用于写卡操作，切换到写卡模式 更快。若发

28、此命令之前没有发送过WRITE_TAG_N 命令，N值默认为0 ;如果有则使用最后一次N的设置值。4) READ PHASEREAD PHASE00001000命令响应00D5D4D3D2D1D0此命令用于读取天线的相位，命令的响应为当前相位值。5) SET SAMPLING TIMESET SAMPLING TIME10D5D4D3D2D1D0命令响应无此命令设置解调器的采样时间，命令的低6位D5D0为欲设时间。6) GET SAMPLING TIMEGET SAMPLING TIME00000010命令响应00D5D4D3D2D1D0此命令读取解调器采样时间，命令响应字节的低6位为当前设置

29、值。7) SET CONFIG PAGESET CONFIG PAGE01P1P0D3D2D1D0命令响应无此命令用于设置放大器和滤波器的参数(放大增益和截止频率)以及操作模式等。HTRC110的配置寄存器共 4页，每页4位，命令中的P1P0用于选择要设置的页， 具体内容 见表&表8配置寄存器内容页P1P0D3D2D1D0000GAIN1GAIN0FILTERHFILTERL101PD MODEPDHYSTERESISTXDIS210THRESETACQAMPFREEZE1FREEZE0311DISLP1DISSMARTCOMPFSEL1FSEL0其中每位的具体意义如下：（1） FILTERL

30、 :主低通滤波器的截止频率选择，=0 : 3KHz , =1 : 6KHz。（2） FILTERH :主高通滤波器的截止频率选择，=0 : 40Hz, =1 : 160Hz。（3）GAIN0 :放大器0的增益选择，=0: 16，=1 : 32。（4）GAIN1 :放大器 1 的增益选择，=0: 6.22，=1 : 31.5。（5） TXDIS :线圈驱动使能，=0 :线圈驱动打开，=1 :关断。（6） HYSTERESIS :数据比较器滞后选择，=0:关，=1:开。（7） PD:省电模式使能，=0:器件正常工作，=1:省电模式。（8） PD_MODE :省电模式选择，=0 :空闲模式，=1:掉

31、电模式。表 9 FREEZE1/0 意义FREEZE1/000011011意义正常工作主低通冻结；主咼 通预充电至QGND主低通冻结；主咼通时 常数在 FILTERH=0时 减少16， =1时减少8主高通时常数在 FILTERH=0时减少16，=1时减少8;第二咼通预 充电（9）FREEZE1/0 :设备快速设置，具体含义如表 9所示。（10）ACQAMP :存储信号幅度以便下一步进行幅度比较。（11）THRESET :数字转换器的复位门限。（12）FSEL1/0 :时钟频率选择，=00: 4MHz，=01 : 8MHz，=10 : 12MHz，=11: 16MHz。（13） DISSMART

32、COMP :智能比较器使能，=0:比较器开启，=1 :比较器关闭。（14） DISLP1 :低通滤波器1使能，=0:开启，=1 :关闭。8）GET CONFIG PAGEGET CONFIG PAGE000001P1P0命令响应X3X2X1X0D3D2D1D0此命令格式如上所示，主要完成三项功能：（1）读回SET_CONFIG_PAGE命令所设置的参数；（2）读取WRITE_TAG_N所设置的发射脉冲宽度 N值;（3）读取系统状态信息。表10读配置寄存器命令的返回内容页765432100N3N2N1N0D3D2D1D01N3N2N1N0D3D2D1D020(RFU)0(RFU)AMPCOMPA

33、NTFAILD3D2D1D030(RFU)0(RFU)AMPCOMPANTFAILD3D2D1D0发送命令中P1P0选择要读的页，返回值中低 4位为配置寄存器的值，高 4位不同的页 含义有所不同，具体见表 10所示。其中页0、1返回值中高4位为N值，而页2、3种则为 系统状态信息，具体含义为：（1） ANTFAIL :天线失败标志位， =0:天线正常；=1 :天线失败。（2）AMPCOMP :幅度比较结果，当 ACQAMP置位1时，数据信号的实际幅度被记录下来作为参考，当ACQAMP复位（=0）以后，如果当前信号幅度比存储值高则AMPCOMP置位。图12为HTRC110的一种典型应用电路，所需

34、外接元件很少，电路简单。DIN、SCLK和DOUT连接到MCU，与微处理器接口实现参数设置、读取，命令控制 以及信息接收等功能。MODE脚是一个多功能引脚，正常情况下，它用来开启或关闭片内的DIN和SCLK的数字短脉冲干扰滤波器。如果MODE直接接到VSS，那么滤波器一直处于关闭状态，串行口可以工作在较高波特率下；若MODE接到VDD，则滤波器一直工作，可以减小口线上的短时脉冲毛刺干扰，但是限制了最大传输速率，这适合于MCU和HTRC110距离较远的应用场合。天线Title在输出部分， 路故障，连接到了 般情况下，Ca和图12 HTRC110典型应用电路Ca和Cs的使用可以防止短路对天线的影响

35、,GND或12V甚至Cs的大小不要相同，Ri的使用可以避免低频电磁干扰 一般Ri取值为1K Q左右。RX管脚在片内通过一个电阻连接到 关系以调节RX信号的幅值。由于若4两个驱动输出端即使发生短 24V电压，由于电容的隔直功能，不会损坏天线。一 Ca容值应较小（如 0PF）,而Cs应较大（如100nF）。 （EMI ）的影响，低频信号经Ri到地而不会进入天线，SizeBDate:File:5QGND（约2V），接收电阻Rv与片内电阻构成分压 RX输入信号幅值过高会造成信号失真，影响解调，因而Rv不能过小，一般取值在100K400K Q。另外，Rv必须尽可能的靠近 RX引脚，以优化系统的EMI性能

36、，最好是直接在该管脚旁边放置一个贴片电阻。第三部分：标签（卡片）125KHZ RFID标签（卡）种类很多，应用也非常广泛。总体来说，只读卡使用简单、成 本低廉，而可读写卡则存储容量大、应用灵活。本文选取了较为典型且广泛使用的只读式 EM410Q可读写T5557、Hitag-s三种卡片进行介绍。一、卡片 EM4100EM4100（原称H4100）卡是一款广为使用的 125KHZ只读型射频卡， 它与TK4100、GK4001 EM4001（H4001）等卡完全兼容，其结构及管脚分布如图13所示。COIL1EM4100COIL2VSSVDDEM4100COIL1COIL2图13 EM4100卡结构和

37、管脚图EM4100芯片电路以一个处于交变磁场内的外部天线线圈为电能驱动，并且经由线圈终端C0IL1从该磁场得到它的时钟频率。 另一线圈终端 C0IL2受芯片内部调制器影响，转变为 电流型开关调制，以便向读卡器传送包含制造商预先程序排列的64 bit信息和命令。芯片在多晶硅片联结状态时施行激光烧写编程，以便在每块芯片上存储惟一的代码。由于EM4100逻辑控制核心电量消耗低微，无需提供缓冲电容，仅需一个外部天线线圈即可实现各项功能。同时，芯片内还集成了一个与外部线圈并联的74pF谐振电容。EM41O0卡的简要特征有：（1）由激光编程烧写的 64 bit存储单元；（2）支持多种数据速率和数据编码格式

38、；（3）片上集成谐振电容；（4）片上集成储能缓冲电容；（5）片上集成电量/电压限制器；（6）片上集成全波整流变换器；（7）使用一个低阻抗调制驱动器，可获得较大的调制深度；（8）工作频率范围 100 150KHz典型值125KHZ；（9）芯片尺寸非常小，方便移植应用；（10）芯片功耗极低。EM4100卡内部数据结构如图 14所示，全部的数据位为 64 bit，它包含9个起始位（其 值均为1、40个数据位（8个厂商信息位+ 32个数据位）、14个校验位（10个行校验+ 4个列校验）和1个结束停止位。111111111九个头八个版本应或rTSfgJBDOO DIO IOl DllDO2 D12 DO

39、3 D13 1- D20 D3O D40 D5OD6O D7O D80 D90D21 D31 D41 D51D61 D71 D81 D91D22 D32 D42 D52D62 D72 D82 D92D23 D33 D43 D53D63 D73 D83 D93PO Pl P2P3P4P5P6P7P8P9十个行校fe位三十二个数据四个列枝验位PCO PCI PC2 PC3SO停止泣图14 EM4100卡片内部数据结构一旦进入读写器所发出的磁场内，EM4100芯片从磁场获得能量和时钟频率，并向读写器传送制造商预先激光编程烧写的内部数据。数据发送为循环进行， 数据位传送周期根据预先设置而定，典型的为

40、64个载波周期，当fOs=125kHz时，T=64*（1/f osC=512卩s。EM4100作为一种只读卡片，存储内容固定，出厂即无法改变，但是其体积小，容易封装，成本低廉，对于任何可以使用唯一序列号来标示主要属性的物件，都可以使用EM4100卡片，应用非常广泛。二、卡片 T5557T5557是ATMEL公司生产的一款多功能非接触式R/W辨识电路，适用于 125kHz频率范围，与e5550产品兼容。芯片需要外接一个天线线圈，以获得芯片内部电路的电源补给和进行双向信息沟通。芯片和天线一起构成感应卡片或标签，如图15所示。C0IL1天线k.C0IL2调制器模拟前端解码- 器I模式寄存器-*亍控制

41、单元上电复位存储单元（330bit）比特 率发 生器输入寄存器测试逻辑高压发生器图15 T5557结构框图T5557共有330bit的EEPRO存储区，分为10个块，每块33bit，均能被读写器读/写。 块0是被保留用于设置 T5557操作模式的参数配置块。 块7可以用作用户数据块， 也可以为 保护全部数据块而设置一组用户密码，用于避免未经许可的非法改写。1、T5557的组成图15中所示芯片的各组成部分具体功能如下：1） 模拟前端（An alog Fro nt End, AFE）: AFE包括所有直接连接到天线线圈的电路，用于产生芯片读写的能量供应，并处理双向的数据收发，2） 比特率发生器：用

42、于产生芯片工作的数据传输速率，可编程控制。T5557的工作速 率为fsC2 fsC128，或者e550/e5551及T5554芯片所使用的任何固定速率值（ fsC8， f os（/16， f os（/32， f osC40 ， f os（/50， f os（/64， f osC100 以及 fosC128）。3） 写解码器：在写卡期间，写译码器依照ATMEL e555x系列的脉冲间隔编译码方式对 写信号进行译码，并且验证写数据流是否有效。4） 高压发生器：片上电荷泵电路产生约18V电压，用于对 EEPRO进行编程。5） 直流供电：外部能量通过两个线圈输出端COIL1/2送入芯片，芯片对其整流以

43、提供 芯片工作所需的直流工作电压。6）上电复位（Power-On Reset, POR ）:延时复位功能电路使得芯片只有在供电电压达 到设定门限时方可启动，以保证所有功能的正常运行。7）时钟提取：时钟提取电路使用外部射频信号作为内部单元的时钟源。8）控制单元：控制单元主要完成以下几项功能：上电之后，从EEPROI块0读取配置数据并装入模式寄存器内;控制存储区的读写；处理写数据传输和写错误模式；读写器发送到标签的数据流中，最初 在密码模式中，在操作码之后收到的 7中的密码进行比较。9）模式寄存器：模式寄存器保存来自存储区块2bit是操作码，如写、读、复位等;32bit数据为输入密码，将之与存储在

44、块0的配置信息，并且，在任何块读取、00148000H对应POF或者复位命令时进行更新。在芯片出厂时，模式寄存器预编称值为为连续读取块0、曼彻斯特编码和 RF/64。块0的详细配置数据结构如图16所示。L4 1111巻主腔雄值1）. 2）01。0 口89 10 11 12 13 14 15 DO1 右 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32PSK-CFRF/S 0 0 0RF/16001RF/32010RF/40011RF/50100RF/64101RF/100 11ORF/128 111RF/4RF/S Res.0-宜掩PSK1PSK2

45、PSK3FSK1FSK2FSK1aFSK2a二相Biphs&e-C60)-按请求回答相t7控调制n当王控犍值二6时写命令检测撲述薇惣視， 第 当主控键恒 沁或9附扩展功能棋武麓栄止.图16块0的详细配置数据结构10）调制器：T5557的调制器包括下表中所示的10种基本类型。调制模式输出信号FSK 1a0 = f osC8 ； 1 = f osC5FSK 2a0 = f osC8 ; 1 = f osC10FSK 10 = f osC5 ; 1 = f osC8FSK 20= f osC10 ； 1= f osc8PSK 1输入改变时改变相位PSK 2输入为咼时在时钟输入时改变相位PSK 3在输

46、入的上升沿相位变化Man Chester曼彻斯特码输出Biphase二相码输出NRZ1=阻尼 on; 0=阻尼 off11）存储器单元：为 1块330bit的EEPROM被分为两页10块，每块33bit，包括1 位锁（LOCK bit。存储区结构如下表所示。页1块21可追溯数据:块11可追溯数据页0块7L用户数据或密码块6L用户数据块5L用户数据1:块4L用户数据块3L用户数据块2L用户数据1:块1L用户数据块0L配置数据页0的块0包含了芯片的配置信息， 块7可以用作写保护的密码， 每块的0位是本块的 LOCK位，一旦上锁，本块数据只读，不可改写。值得注意的是，LOCK位是不可查看的，只能一次

47、性改写（即 OTP，因此使用此位应慎重。页1的块1和块2包含可追溯性数据，在产品测试时由ATMEL公司编程。两块的第 0位固定为 1无意义。块1的最高字节固定为 OxEO,这是ISO/IEC 15963-1标准中定义的分 类级别码（ACL;而第2字节则为ATMEL公司的厂商ID （ MFC 0x15 ;接下来的8位数据是 芯片参考字节（ICR），高3位描述IC或者厂商版本，低 5位默认为0,也可以根据大用户 需求设定；最低 40位分为两组，20位的lotID，和20位DPW页0定义如下表所示：块1块21 89 1617242532 11213320xE00x15ICRLotIDDWP2、T55

48、57的操作命令命令类型操作码命令内容标准写1 PL1 (Data) 322 (Addr) 0保护写1 P1 (Password) 32L1 (Data) 322 (Addr) 0唤醒命令（AOR1 01 (Password) 32直接访问（PWD=11 P1 (Password) 3202 (Addr) 0直接访问（PWD=01 P02 (Addr) 0页0/1常规读11 P复位命令0 0T5557的操作命令共有7种，如上表所示，命令的操作码均为2 bit，其中P为页选择位，P=0表明要操作页0，反之则为页1 ;地址码为3 bit ;密码为32 bit ;数据为32 bit。 各命令的意义和用

49、途如后所述。3、T5557的工作过程1） 上电复位：T5557进入磁场范围通过感应获取供电，在压值达到门限电压之前，POR电路一直有效，触发默认的启动延时。 在大约192个场时钟的配置周期内，根据块0中的配置信息进行初始化，之后进入常规读状态。2）常规读：在常规读模式下，存储在存储区中的数据循环的输出，以供读写器检测。最先发送块1中的bit 1 ，直到块7的bit 32 ，块0中的最大块（bit 25/26/27,MAXBLK）配置参数决定了读取的最后一块，当该块发送后，开始循环。用户可以通过设定 MAXBLK的值来限定常规读模式下输出的数据流。设为7时，块1至块7均输出；设为1，则只有块1输

50、出；设为0，则只有块0输出，在平时块 0是不输出 的。MAXBLK值与数据流的关系如图 17所示。MAXBLK=50Block 1o o o o o Block 5 Block 1。Block 5 Block 1。MAXBLK=20Block 1Block 2Block 1Block 2Block 1Block 2o o o o o oMAXBLK=00Block 0Block 0Block 0Block 0Block 0Block 0o o o o o o图17 MAXBLK 值与数据流的关系3） 块读模式：利用直接访问命令，只有指定的块被读取，循环输出，在MAXBLK设置为0或1时块读与常规读模式相同。对于直接访问命令，根据PWD位的设置，决定是否发送密码位。另外值得注意的是：无论在块读还是常规读模式下