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用異步收發(fā)器HT6720設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)

文章出處:http://www.luckydriving.com 作者:李 峻   人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年11月03日

[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:用異步收發(fā)器HT6720設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)

 摘要:HT6720是可在射頻識(shí)別系統(tǒng)中制作電子標(biāo)簽的專用集成電路,工作頻率為13.56MHz,屬于中頻識(shí)別芯片。該芯片內(nèi)置96bit OPT存儲(chǔ)器,且為只讀型。由于HT6720所需要的數(shù)據(jù)載體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,因此,通過HT6720可用極低的成本生產(chǎn)只讀標(biāo)簽和設(shè)計(jì)射頻識(shí)別系統(tǒng)。
 ?。薄≈饕夹g(shù)特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

異步收發(fā)器HT6720具有非常低的工作電流。該器件在VDD為3V時(shí)的工作電流僅為4μA,而且工作電壓范圍很寬,其數(shù)據(jù)傳輸僅工作在只讀方式。用戶可編程數(shù)據(jù)最多為64bitCRC糾錯(cuò)檢測(cè)碼為16bit,并帶有OTP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,載波信號(hào)頻率為13.56MHz,典型輸出數(shù)據(jù)波特率在VDD為3V時(shí)為4kbps。HT6720的調(diào)制方式為PWM/ASK同時(shí)內(nèi)置電壓限制器。HT6720特別適用于貨物跟蹤、動(dòng)物管理、工作人員工作時(shí)間記錄、停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、門禁控制保安系統(tǒng)、防偽設(shè)計(jì)等識(shí)別卡的應(yīng)用方面。

 ?。龋裕叮罚玻笆且环N內(nèi)置13.56MHs RF載波的RF異步收發(fā)集成電路,在其外部連接一個(gè)電感就可以提供一個(gè)低成本無電池異步收發(fā)器解決方案,HT6720的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。HT6720芯片的內(nèi)部由VCC限制和RF電平限制、移位寄存器、EPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、測(cè)試和EPROM編程電路、系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)處理電路、通用復(fù)位電路和PWM/ASK調(diào)制等功能電路組成。外部電路中的電感和內(nèi)部的電容組成了一個(gè)LC振蕩電路。工作時(shí),由閱讀器天線發(fā)射的13.56MHz載波信號(hào)在LC振蕩回路上將感應(yīng)出一個(gè)電壓,如果感應(yīng)的載波場(chǎng)強(qiáng)足夠高,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)工作電流以使HT6720中的內(nèi)置LC振蕩器激活,同時(shí)應(yīng)答信號(hào)OPT存儲(chǔ)器中預(yù)置的程序就會(huì)被串行送出,從而發(fā)送出使用PWM/ASK調(diào)制的應(yīng)答數(shù)據(jù),最后通過LC振蕩回路的衰減獲得固定波特率的13.56MHz載波。

被發(fā)送的信息通常會(huì)存儲(chǔ)在一個(gè)96bit的一次性可編程存儲(chǔ)器OPT中,該OPT帶有16bit的CRC代碼,為客戶預(yù)留的代碼可以達(dá)到64bit。對(duì)于一個(gè)小型天線來說,其有效的檢測(cè)距離是2~10cm檢測(cè)距離取決于天線的外形尺寸和閱讀器的設(shè)計(jì),天線回路越大,匝數(shù)越多,檢測(cè)的距離就越遠(yuǎn),要獲得15cm的檢測(cè)距離,就要用更長(zhǎng)的天線。HT6720集成電路為RF檢測(cè)系統(tǒng)提供了低成本且非常有效的解決方案,而且它還為客戶提供了64bit寬的代碼區(qū)域,從而可由指定的程序員非常方便地編寫程序。HT6720芯片的外形尺寸和管腳排列如圖2所示,各管腳的功能說明如表1所列。

表1 管腳功能說明

2 由HT6720組成的RFID系統(tǒng)

由HT6720組成的RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,其中異步收發(fā)芯片是射頻識(shí)別系統(tǒng)的真正數(shù)據(jù)載體。通常,這種電子標(biāo)簽沒有自己的供電電源電池,只是在閱讀器的響應(yīng)范圍之內(nèi)應(yīng)答器才是有源的,應(yīng)答器工作所需的能量是通過非接觸的耦合元件傳輸給應(yīng)答器的。閱讀器先從天線發(fā)射13.56MHz的載波信號(hào),以便在異步收發(fā)器上的LC振蕩電路中把載波信號(hào)的能量轉(zhuǎn)變成電壓形式,從而為內(nèi)部帶泵電路的異步收發(fā)器芯片提供電源。如果感應(yīng)的電壓足夠高,當(dāng)泵電壓達(dá)到內(nèi)部LC振蕩電路的接入電壓時(shí),被激活的異步收發(fā)器連續(xù)發(fā)送它內(nèi)部的數(shù)據(jù)。閱讀器用檢測(cè)天線上能量變化的方式來接收異步收發(fā)器的數(shù)據(jù),然后通過單片機(jī)來識(shí)別信息。HT6720內(nèi)部帶有一個(gè)電壓限制器,可用來防止LC振蕩器的感應(yīng)電壓以及RF電平超過允許值而造成的芯片損壞或功能不正常。

HT6720芯片上的OPT存儲(chǔ)空間共有96bit,OPT存儲(chǔ)空間編碼包的格式如圖4所示。

在HT6720所提供的96bit OPT存儲(chǔ)空間中,有64bit編碼區(qū)域是留給客戶編程用的,這部分可由客戶自己決定,其中有8bit是分類地址編碼,可用來儲(chǔ)存應(yīng)用程序,另有56bit是產(chǎn)品地址編碼,主要用來存儲(chǔ)客戶號(hào)碼和數(shù)據(jù)內(nèi)容;此外,還有8bit是代理人的地址碼,該碼通常已在芯片生產(chǎn)廠家將注冊(cè)號(hào)與數(shù)據(jù)一起寫入,還有8bit客戶地址碼可用來儲(chǔ)存客戶當(dāng)前的號(hào)碼,6bit CRC循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼用于在無線接口識(shí)別傳輸錯(cuò)誤,但它不能糾正錯(cuò)誤,只能由寫裝置自動(dòng)產(chǎn)生。電子標(biāo)簽主要由異步收發(fā)器芯片和天線線圈組成,最簡(jiǎn)單的閱讀器是由RF振蕩器、接收器和控制器加天線組成。電子標(biāo)簽是無源裝置,工作時(shí)所需的電能可由閱讀器經(jīng)天線發(fā)射13.56MHz載波信號(hào)來提供。

3 典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

3.1 制作電子標(biāo)簽

HT6720異步收發(fā)器的主要用途之一是制作射頻識(shí)別系統(tǒng)的電子標(biāo)簽,電子標(biāo)簽一般由一個(gè)帶有印刷的天線線圈、芯片HT6720和一個(gè)殼體的PCB板組成。這個(gè)殼體根據(jù)需要可以做成各種形狀,電子標(biāo)簽殼體的常用形狀如圖5所示。天線線圈的兩端分別和芯片的管腳HF1、HF2相連,電感值為11μH,但在芯片制作過程中,由于工藝上的原因,內(nèi)部諧振電容參數(shù)典型值10pF會(huì)稍微發(fā)生變化,因此線圈電感量的最佳值也要跟著改變。通常對(duì)電子標(biāo)簽天線的構(gòu)造有兩個(gè)基本要求:

  (1)閱讀器發(fā)射的電磁波通過標(biāo)簽天線時(shí)應(yīng)能使標(biāo)簽天線中感應(yīng)出最大的電流,且功率要匹配,以最大程度地利用接收到的能量。

(2)要有足夠的頻帶寬度,能夠無失真的接收能量和發(fā)送芯片內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

通常電子標(biāo)簽屬于只讀型,一旦標(biāo)簽進(jìn)入了閱讀器的作用范圍,就開始輸出它自己的特征標(biāo)記,這個(gè)特征標(biāo)記通常就是個(gè)簡(jiǎn)單的序列號(hào)。這種序列號(hào)由96bit組成,芯片生產(chǎn)廠家保證對(duì)每個(gè)序列號(hào)只賦予唯一的值,但有時(shí)對(duì)特殊功能也可以進(jìn)行復(fù)雜的編碼。標(biāo)簽自己的特征標(biāo)記在芯片生產(chǎn)過程中已經(jīng)置入了,用戶不能改變這個(gè)序列號(hào),也不能改變芯片上的任何數(shù)據(jù)。只讀型電子標(biāo)簽與閱讀器的通信只能單方向進(jìn)行,即標(biāo)簽不斷地將自己的特征標(biāo)記發(fā)送給閱讀器,而從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸是不可能的。由于所需要的數(shù)據(jù)載體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以可以用極低的成本生產(chǎn)只讀標(biāo)簽。

3.2 與HT6720標(biāo)簽配套的閱讀器設(shè)計(jì)

一個(gè)與HT6720制作的標(biāo)簽相配套的典型閱讀器一般都含有高頻模塊發(fā)射器和接收器組成、控制單元以及與標(biāo)簽電磁耦合元件。此外,許多閱讀器還具有附加的接口(如RS-232和RS-485等),以便將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸給另外的系統(tǒng)如個(gè)人計(jì)算機(jī)、顯示裝置、機(jī)器人控制裝置等。與用HT6720制作的標(biāo)簽配套使用的閱讀器一般都是只讀型的,當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的響應(yīng)范圍時(shí),首先經(jīng)電磁耦合電路向標(biāo)簽提供電能,以激活標(biāo)簽,然后接收標(biāo)簽發(fā)出的串行數(shù)據(jù)。與用HT6720制作的標(biāo)簽相配套的閱讀器設(shè)計(jì)方案主要有如下兩種:

a.二芯片設(shè)計(jì)方案

閱讀器的二芯片設(shè)計(jì)方案原理框圖如圖6所示,在這種設(shè)計(jì)方案中,閱讀器都使用二片控制器芯片,其中一片是低成本的數(shù)據(jù)解碼和系統(tǒng)控制MCU芯片,其型號(hào)是HT48R05或HT48R06A,其中HT48R05A/HT48C06是8位高性能精簡(jiǎn)指令集單片機(jī),是專門為需要多輸入輸出接口的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)。這些器件均適用于遙控,它們都有一個(gè)暫停功能來降低功耗,另一個(gè)控制器芯片用來完成閱讀器特殊功能的控制,設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)特殊功能要求選用。

b.單芯片MCU設(shè)計(jì)方案

  在單芯片MCU設(shè)計(jì)方案中,閱讀器的控制器使用的是單芯片MCU控制器,根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)對(duì)閱讀器輸出信息的要求,單芯片MCU設(shè)計(jì)方案一般也可以有二種選擇:

(1)當(dāng)閱讀器需要輸出高質(zhì)量聲音和顯示數(shù)據(jù)信息時(shí),可選用圖7(a)的方法。該方法中的閱讀器控制器使用的芯片系列型號(hào)為HT21×××、HT84×××或HT86×××嵌入式MCU。該方法采用一個(gè)MCU控制器就可以完成數(shù)據(jù)解碼和控制功能,同時(shí)也可以完成閱讀器控制功能及數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和LCD顯示處理功能。HT86×××系列MCU是帶有語(yǔ)音合成和雙音頻產(chǎn)生器的高性能8位單片機(jī),是為有音響效果的多I/O接口裝置而設(shè)計(jì)的,它可以提供多種取樣頻率和語(yǔ)音電平、語(yǔ)音合成和悅耳的旋律節(jié)奏。它有一個(gè)既可用下降沿也可用上升沿觸發(fā)的外部中斷源和一個(gè)高精度的D/A輸出端。該閱讀器設(shè)計(jì)方案適用于需要高質(zhì)量語(yǔ)音輸出和顯示的射頻識(shí)別系統(tǒng)。

  (2)當(dāng)閱讀器不需要高質(zhì)量語(yǔ)音輸出和驅(qū)動(dòng)復(fù)雜顯示時(shí),可選擇圖7(b)所示方案。該方案中的閱讀器使用的MCU為HT48×××或HT49×××系列單片機(jī)控制器,其中HT49×××系列帶有多I/O接口,是帶LCD顯示的多功能單片機(jī),同時(shí)也是一款高效率、精簡(jiǎn)指令集的八位高性能單片機(jī),可選的具體型號(hào)有HT49R30A-A或HT49C30A-A的OTP版本。它采用單周期指令和二級(jí)流水線結(jié)構(gòu),因而更適合于高速應(yīng)用,同時(shí)也適用于多種LCD低功耗驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。

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