用異步收發(fā)器HT6720設計RFID系統

關(guān)鍵詞：射頻識別；閱讀器；電子標簽；收發(fā)器；HT6720

１　主要技術(shù)特點(diǎn)和內部結構

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，其數據傳輸僅工作在只讀方式。用戶(hù)可編程數據最多為６４ｂｉｔ?ＣＲＣ糾錯檢測碼為１６ｂｉｔ，并帶有ＯＴＰ數據存儲器，載波信號頻率為１３．５６ＭＨｚ，典型輸出數據波特率?在ＶＤＤ為３Ｖ時(shí)?為４ｋｂｐｓ。ＨＴ６７２０的調制方式為ＰＷＭ／ＡＳＫ?同時(shí)內置電壓限制器。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(chē)場(chǎng)監控系統、門(mén)禁控制保安系統、防偽設計等識別卡的應用方面。

ＨＴ６７２０是一種內置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(wú)電池異步收發(fā)器解決方案，ＨＴ６７２０的內部結構如圖１所示。ＨＴ６７２０芯片的內部由ＶＣＣ限制和ＲＦ電平限制、移位寄存器、ＥＰＲＯＭ數據存儲器、測試和ＥＰＲＯＭ編程電路、系統時(shí)鐘產(chǎn)生電路、數據處理電路、通用復位電路和ＰＷＭ／ＡＳＫ調制等功能電路組成。外部電路中的電感和內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(xiàn)發(fā)射的１３．５６ＭＨｚ載波信號在ＬＣ振蕩回路上將感應出一個(gè)電壓，如果感應的載波場(chǎng)強足夠高，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)工作電流以使ＨＴ６７２０中的內置ＬＣ振蕩器激活，同時(shí)應答信號?ＯＰＴ存儲器中預置的程序?就會(huì )被串行送出，從而發(fā)送出使用ＰＷＭ／ＡＳＫ調制的應答數據，最后通過(guò)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 )存儲在一個(gè)９６ｂｉｔ的一次性可編程存儲器ＯＰＴ中，該ＯＰＴ帶有１６ｂｉｔ的ＣＲＣ代碼，為客戶(hù)預留的代碼可以達到６４ｂｉｔ。對于一個(gè)小型天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，其有效的檢測距離是２～１０ｃｍ?檢測距離取決于天線(xiàn)的外形尺寸和閱讀器的設計，天線(xiàn)回路越大，匝數越多，檢測的距離就越遠，要獲得１５ｃｍ的檢測距離，就要用更長(cháng)的天線(xiàn)。ＨＴ６７２０集成電路為ＲＦ檢測系統提供了低成本且非常有效的解決方案，而且它還為客戶(hù)提供了６４ｂｉｔ寬的代碼區域，從而可由指定的程序員非常方便地編寫(xiě)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(shuō)明如表１所列。

表1 管腳功能說(shuō)明

２　由ＨＴ６７２０組成的ＲＦＩＤ系統

由ＨＴ６７２０組成的ＲＦＩＤ系統結構如圖３所示，其中異步收發(fā)芯片是射頻識別系統的真正數據載體。通常，這種電子標簽沒(méi)有自己的供電電源?電池?，只是在閱讀器的響應范圍之內應答器才是有源的，應答器工作所需的能量是通過(guò)非接觸的耦合元件傳輸給應答器的。閱讀器先從天線(xiàn)發(fā)射１３．５６ＭＨｚ的載波信號，以便在異步收發(fā)器上的ＬＣ振蕩電路中把載波信號的能量轉變成電壓形式，從而為內部帶泵電路的異步收發(fā)器芯片提供電源。如果感應的電壓足夠高，當泵電壓達到內部ＬＣ振蕩電路的接入電壓時(shí)，被激活的異步收發(fā)器連續發(fā)送它內部的數據。閱讀器用檢測天線(xiàn)上能量變化的方式來(lái)接收異步收發(fā)器的數據，然后通過(guò)單片機來(lái)識別信息。ＨＴ６７２０內部帶有一個(gè)電壓限制器，可用來(lái)防止ＬＣ振蕩器的感應電壓以及ＲＦ電平超過(guò)允許值而造成的芯片損壞或功能不正常。

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

在ＨＴ６７２０所提供的９６ｂｉｔ ＯＰＴ存儲空間中，有６４ｂｉｔ編碼區域是留給客戶(hù)編程用的，這部分可由客戶(hù)自己決定，其中有８ｂｉｔ是分類(lèi)地址編碼，可用來(lái)儲存應用程序，另有５６ｂｉｔ是產(chǎn)品地址編碼，主要用來(lái)存儲客戶(hù)號碼和數據內容；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(chǎng)家將注冊號與數據一起寫(xiě)入，還有８ｂｉｔ客戶(hù)地址碼可用來(lái)儲存客戶(hù)當前的號碼，６ｂｉｔ ＣＲＣ循環(huán)冗余檢驗碼用于在無(wú)線(xiàn)接口識別傳輸錯誤，但它不能糾正錯誤，只能由寫(xiě)裝置自動(dòng)產(chǎn)生。電子標簽主要由異步收發(fā)器芯片和天線(xiàn)線(xiàn)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(xiàn)組成。電子標簽是無(wú)源裝置，工作時(shí)所需的電能可由閱讀器經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射１３．５６ＭＨｚ載波信號來(lái)提供。

３　典型應用電路設計

３．１ 制作電子標簽

ＨＴ６７２０異步收發(fā)器的主要用途之一是制作射頻識別系統的電子標簽，電子標簽一般由一個(gè)帶有印刷的天線(xiàn)線(xiàn)圈、芯片ＨＴ６７２０和一個(gè)殼體的ＰＣＢ板組成。這個(gè)殼體根據需要可以做成各種形狀，電子標簽殼體的常用形狀如圖５所示。天線(xiàn)線(xiàn)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(guò)程中，由于工藝上的原因，內部諧振電容參數?典型值１０ｐＦ?會(huì )稍微發(fā)生變化，因此線(xiàn)圈電感量的最佳值也要跟著(zhù)改變。通常對電子標簽天線(xiàn)的構造有兩個(gè)基本要求：

(１)閱讀器發(fā)射的電磁波通過(guò)標簽天線(xiàn)時(shí)應能使標簽天線(xiàn)中感應出最大的電流，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(wú)失真的接收能量和發(fā)送芯片內存儲的數據。

通常電子標簽屬于只讀型，一旦標簽進(jìn)入了閱讀器的作用范圍，就開(kāi)始輸出它自己的特征標記，這個(gè)特征標記通常就是個(gè)簡(jiǎn)單的序列號。這種序列號由９６ｂｉｔ組成，芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家保證對每個(gè)序列號只賦予唯一的值，但有時(shí)對特殊功能也可以進(jìn)行復雜的編碼。標簽自己的特征標記在芯片生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)置入了，用戶(hù)不能改變這個(gè)序列號，也不能改變芯片上的任何數據。只讀型電子標簽與閱讀器的通信只能單方向進(jìn)行，即標簽不斷地將自己的特征標記發(fā)送給閱讀器，而從閱讀器到應答器的數據傳輸是不可能的。由于所需要的數據載體結構簡(jiǎn)單，所以可以用極低的成本生產(chǎn)只讀標簽。

３．２ 與ＨＴ６７２０標簽配套的閱讀器設計

一個(gè)與ＨＴ６７２０制作的標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），以便將所獲得的數據進(jìn)一步傳輸給另外的系統?如個(gè)人計算機、顯示裝置、機器人控制裝置等?。與用ＨＴ６７２０制作的標簽配套使用的閱讀器一般都是只讀型的，當標簽進(jìn)入閱讀器的響應范圍時(shí)，首先經(jīng)電磁耦合電路向標簽提供電能，以激活標簽，然后接收標簽發(fā)出的串行數據。與用ＨＴ６７２０制作的標簽相配套的閱讀器設計方案主要有如下兩種：

ａ．二芯片設計方案

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

ｂ．單芯片ＭＣＵ設計方案

在單芯片ＭＣＵ設計方案中，閱讀器的控制器使用的是單芯片ＭＣＵ控制器，根據射頻識別系統對閱讀器輸出信息的要求，單芯片ＭＣＵ設計方案一般也可以有二種選擇：

（１）當閱讀器需要輸出高質(zhì)量聲音和顯示數據信息時(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據解碼和控制功能，同時(shí)也可以完成閱讀器控制功能及數據、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，是為有音響效果的多Ｉ／Ｏ接口裝置而設計的，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。該閱讀器設計方案適用于需要高質(zhì)量語(yǔ)音輸出和顯示的射頻識別系統。

（２）當閱讀器不需要高質(zhì)量語(yǔ)音輸出和驅動(dòng)復雜顯示時(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，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，可選的具體型號有ＨＴ４９Ｒ３０Ａ－Ａ或ＨＴ４９Ｃ３０Ａ－Ａ的ＯＴＰ版本。它采用單周期指令和二級流水線(xiàn)結構，因而更適合于高速應用，同時(shí)也適用于多種ＬＣＤ低功耗驅動(dòng)應用。