简述H4006芯片的原理及其应用

0  引言

　　射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

　　射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

　　从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。

1  H4006芯片介绍

　　H4006的工作频率范围为10～15MHz，通常选用13.56MHz来进行身份识别。片内有一个64位可编程存储器，可用于存储相关信息。 H4006的信息传输方式采用负载调制，编码为密勒码（Miller），数据传输速率为 26484波特。由于H4006内含谐振电路和电源滤波电容，因而使用更方便。H4006在无线方式下为只读存贮卡，其编程采用在线编程方式。

2  工作原理

2.1  内部电路框图

　　H4006由谐振电路、时钟提取、分频链、整流电路、电源管理、存储器、Miller码产生、负载调制电路等组成，其电路框图如图1所示。

　　

　　当整流电路将耦合的射频（13.56MHz）信号进行整流并经滤波电容C2平滑后，电源管理电路将在电源电压达到内部电路工作电压时激活卡内电路， 13.56MHz信号被分频链电路分频，可产生26.484kHz的时钟，此时钟即是数据传送的波特率。如果希望将分频系数定为 128、256、1024、2048、4096或8192，则需预先选定。

2.2  电感的参数设置

　　电感L1是该卡上的外接元件，由于谐振电容C1已集成于片内，因此，在13.56MHz时L1的电感值应为1.4μH。

2.3  输出序列

　　卡信息的输出通常以表1所列的序列循环重复。该输出序列为一个82位的标准信息结构（STDMS）加9位空隙（Pause）。STDMS结构位采用密勒码，而9位空隙不用密勒码。在空隙位，负载调制器开关处于关断状态（OFF），空隙位电平为低。

　　表1中，64位数据的构成如下：

　　

　　1～5位为晶片号组合设置位，每一晶片有一号码，它们可在1～25之间设置。

　　6～9位是制造厂保留位。

　　10～19位为IC名称位，共10位。

　　20～32位为用户标识（ID）位，共13位，它们可由厂家定义。

　　33～50位为扩展号位，共18位，这是的系统号码。

　　51～64位为IC位置号设置位，共14位，可用于指示被加工晶片的位置。

　　表1中的CRC码生成的多项式为x16＋x12＋x5＋1，它符合CCITT/ISO3309－1984标准。CRC码由64位数据计算生成，并可用移位寄存器实现。该寄存器在每个停止位时复零。

2．4  密勒码

　　在数据传送中，采用密勒码调制的优点是Miller码中带有时钟信息，且具有较好的抗干扰能力。

　　

　　密勒码的编码方法见表2，其波形时序如图2所示。

　　

　　虽然密勒码的编码规则是停止位为逻辑0，但其电平随其前一STMDS位编码电平的不同而不同。利用9位空隙（Pause）位可将电平拉低，以使起始位具有相同的形式。图3对此作了清晰的描述。

　　

3  应用设计

　　图4给出了H4006的应用系统框图。该系统由卡和读卡器两部分组成。由于H4006是存贮卡，数据传送仅从卡传向读卡器，故读卡器中可无编码和调制电路，仅需解调和解码电路即可。

　　

　　H4006有6个引脚。在射频工作时为只读方式，在C1和C2引脚端接入电感L1即可，数据传输时，卡和读卡器天线线圈上的波形示于图中，该波形由卡中负载调制产生。H4006的另外四个引脚用于测试，VDD和VSS是电源的正负端，TESTn和Tout是测试输入和输出端。

　　图5所示是读卡器中的13．56MHz振荡器和功放电路。图中，功放电路采用高效率的戊类（E类）放大器，因此L1阻流圈的阻抗应足够大，并应使流经它的ICC为恒定值，C5用于改善放大器的性能，它可消除晶体管自身输出电容的影响。事实上，L3还是读卡器的耦合线圈，它产生的载波电磁场应符合非接触式IC卡技术标准的要求。L2、C8用于阻隔高次谐波。

　　

　　13．56MHz晶振产生的13．56MHz振荡信号，一路作为读卡器中CPU的时钟，另一路可在放大后用于驱动戊类放大器。

　　将L3上的负载调制信号从C7送出至解调和解码电路便可获取数据。解调可以采用包络检波方法，来将解调后获得的密勒码用密勒码解码器恢复为不归零码送至微控制器，并从串口送至PC机。