无源RFID芯片MCRF250及其防冲突读写器设计

摘要：介绍Microchip公司生产的无源RFID芯片MCRF250的主要特点及其工作原理，详细讨论了MCRF250防冲突问题。并在此基础上给出了一种FSK防冲突读写器的设计方法。

关键词：RFID；MCRF250；FSK；防冲突；读写器

１ ＭＣＲＦ２５０简介

ＭＣＲＦ２５０是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的非接触可编程无源ＲＦＩＤ器件，工作频率（载波）为１２５ｋＨｚ。该器件有两种工作模式：初始模式（Ｎａｔｉｖｅ）和读模式。所谓初始模式是指ＭＣＲＦ２５０具有一个未被编程的存储阵列，而且能够在非接触编程时提供一个缺损状态（其波特率为载波频率的１２８分频，调制方式为ＦＳＫ，数据码为ＮＲＺ码）；而读模式是指在接触和非接触方式编程后的永久工作模式，在该模式下， ＭＣＲＦ２５０芯片中的配置寄存器（详见后述）的锁存位ＣＢ１２置１，芯片上电后，进入防冲突数据传送状态。

    ＭＣＲＦ２５０ 的主要性能如下：

●只读数据传送，片内带有一次性可编程（ＯＴＰ）的９６位或１２８位用户存储器（支持４８位或６４位协议）。

●具有片上整流和稳压电路。

●低功耗。

●编码方式：ＮＲＺ，曼彻斯特码及差分曼彻斯特码。

●调制方式：ＦＳＫ，ＰＳＫ，直接调制。

●封装方式：ＰＤＩＰ，ＳＯＩＣ。

２ 工作原理

２．１ 芯片内部电路组成

ＭＣＲＦ２５０芯片内部电路框图及与读写器构成的应用系统如图１所示。芯片的引脚ＶＡ和ＶＢ外接电感Ｌ１和电容Ｃ１构成的谐振电路（谐振频率为１２５ｋＨｚ， Ｌ１参考值为４．０５ｍＨ，Ｃ１参考值为３９０ｐＦ）。读写器（Ｒｅａｄｅｒ）侧的电路谐振于１２５ｋＨｚ以用于输出射频能量，同时也用于接收ＭＣＲＦ２５０芯片以负载调制方式传来的数字信号。ＭＣＲＦ２５０芯片内部电路由射频前端、防冲突电路及存储器三部分组成。

    ２．２ 射频前端电路

射频前端电路用于完成芯片所有的模拟信号处理和变换功能，包括电源（工作电压ＶＤＤ和编程电压ＶＰＰ）、时钟、载波中断检测、上电复位、负载调制等电路。此外，它还用来实现编码调制方式的逻辑控制。

２．３ 配置寄存器

配置寄存器用于确定芯片的工作参数。配置寄存器也能以非接触方式编程，它由制造商在生产中进行编程。配置寄存器共有１２位，其功能如图２所示。其中位１１（ＣＢ１１）总是为１。位１０（ＣＢ１０）用于设置ＰＳＫ速率，置１时速率为ｆｃ／４，置０时速率为ｆｃ／２。当ＣＢ１２为０时，表示存储阵列未被锁定；为１时表示成功地完成了接触编程或非接触编程，此时芯片工作于防冲突只读模式下。

２．４ 防冲突电路

片内有防冲突电路，当发生冲突时，ＭＣＲＦ２５０可停止数据发送，并在防冲突电路的控制下，可再一次在适当的时候传送数据。这种功能保证了当读写器射频场中有多个ＲＦＩＤ卡时，可以逐一读取。该防冲突措施要求读写器能提供载波信号中断的时隙（Ｇａｐ）能力。