載頻為13.5MHz的IC卡PCD發(fā)送通道技術(shù)

摘要：介紹了13.56MHz PCD發(fā)送通道的電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)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(fā)送通道的設(shè)計(jì)方法。

１ 引言

非接觸式ＩＣ卡是射頻技術(shù)和ＩＣ卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(yīng)用。ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４４３是較新型的非接觸ＩＣ卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)稱ＩＣ卡為ＰＩＣＣ卡，讀寫器為ＰＣＤ。它規(guī)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(duì)智能卡。實(shí)際上，有很多存儲(chǔ)器卡、射頻身份識(shí)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(shè)計(jì)中，若編解碼、調(diào)制解調(diào)電路能適應(yīng)多種傳輸模式，那么ＰＣＤ就會(huì)有更大的應(yīng)用范圍。限于篇幅，本文僅就ＰＣＤ發(fā)送通道的編碼和調(diào)制電路進(jìn)行分析。

２　非接觸式ＩＣ卡系統(tǒng)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(tǒng)由ＰＣＤ和ＰＩＣＣ組成。ＰＣＤ則以微控制器為核心，分為發(fā)送和接收兩個(gè)通道。發(fā)送通道由１３．５６ＭＨｚ振蕩器、功放、調(diào)諧電路、編碼器、調(diào)制器組成。接收通道由解調(diào)電路、濾波放大器、解碼器組成。收發(fā)數(shù)據(jù)由微控制器處理，并可和主機(jī)通信。

設(shè)計(jì)ＰＣＤ時(shí)可采用ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＩＦＡＲＥ技術(shù)讀寫模塊ＭＣＭ２００／ＭＣＭ５００來實(shí)現(xiàn)，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(jié)合的協(xié)議規(guī)范被稱為ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３ ＴＹＰＥ Ａ標(biāo)準(zhǔn)。圖２所示是采用ＭＣＭ設(shè)計(jì)ＰＣＤ的框圖。

ＭＣＭ２００模塊主要應(yīng)用于對(duì)卡片操作距離為２５ｍｍ的卡式讀寫器中，而ＭＣＭ５００模塊則主要應(yīng)用于對(duì)卡片操作距離為１００ｍｍ的卡讀寫器中。ＭＣＭ具有數(shù)據(jù)加密、錯(cuò)誤偵察、ＣＲＣ校驗(yàn)、防沖突等功能。其功能可通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。

３　編碼電路

ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為１０６ｋｂｐｓ，數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率為載波頻率的１２８分頻。從ＰＣＤ向ＰＩＣＣ傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，若使用ＴＹＰＥ Ａ模式，則應(yīng)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(fù)雜。

３．１ 修正的密勒碼編碼

ＴＹＰＥ Ａ中定義了如下三種時(shí)序：

（１） 時(shí)序Ｘ：該時(shí)序?qū)⒃冢叮矗�ｆｃ處產(chǎn)生一個(gè)“ｐａｕｓｅ”（凹槽）；

（２） 時(shí)序Ｙ：該時(shí)序在整個(gè)位期間（１２８／ｆｃ）不發(fā)生調(diào)制；

（３） 時(shí)序Ｚ：這種時(shí)序在位期間的開始時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“ｐａｕｓｅ”。

在上述時(shí)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(shí)序即可對(duì)幀進(jìn)行編碼，即修正的密勒碼，其中邏輯“１”選擇時(shí)序Ｘ?邏輯“０”選擇時(shí)序Ｙ。但有兩種情況除外，第一種是在相鄰有兩個(gè)或更多的“０”時(shí)，此時(shí)應(yīng)從第二個(gè)“０”開始采用時(shí)序Ｚ；第二種是在直接與起始位相連的所有位為“０”時(shí)?此時(shí)應(yīng)當(dāng)用時(shí)序Ｚ表示。

另外，通信開始時(shí)，用時(shí)序Ｚ表示。通信結(jié)束則用邏輯“０”加時(shí)序Ｙ表示。無信息時(shí)，通常應(yīng)用至少兩個(gè)時(shí)序Ｙ來表示。

３．２ 編碼電路設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)為０１１０１０時(shí)，采用圖３方案的波形圖，其中，使能信號(hào)ｅ用于激活編碼器電路以使其開始工作。波形ａ為數(shù)據(jù)時(shí)鐘，ｂ為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息，其后是結(jié)束位，也應(yīng)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(fā)現(xiàn)，ａ和ｂ異或（模２加）后形成的波形ｃ有一個(gè)特點(diǎn)，即其上升沿正好對(duì)應(yīng)于Ｘ、Ｚ時(shí)序所需的“ｐａｕｓｅ”的起始位置，因此，可以用ｃ波形控制計(jì)數(shù)器的開始，以對(duì)１３．５６ＭＨｚ時(shí)鐘計(jì)數(shù)，若按模８計(jì)數(shù)，則ｄ波形中的“ｐａｕｓｅ”脈寬應(yīng)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(yīng)時(shí)序ＺＺＸＸＹＸＹＺＹ即可完成修正密勒碼的編碼。當(dāng)送完數(shù)據(jù)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(jiǎn)單，可以按Ｘ、Ｙ、Ｚ時(shí)序編寫相應(yīng)子程序，然后將輸出數(shù)據(jù)塊從通信起始位至通信結(jié)束位，一位一位地按編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換為相應(yīng)時(shí)序，其流程見圖５所示。

對(duì)于前例數(shù)據(jù)０１１０１０，通過圖５的軟件流程即可得出修正密勒碼時(shí)序ＺＺＸＸＹＸＹＺＹ?將該時(shí)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(shù)據(jù)傳輸采用的是ＮＲＺ編碼，其中的邏輯“１”表示載波高幅度無調(diào)制，邏輯“０”則表示載波低幅度。這種編碼通�？捎晌⒖刂破髦苯虞敵�。

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