RFID芯片T5557及其FSK读写器电路设计 图

1 T5557的主要特点 T5557的Atmel公司生产的非接触式无源可读写rfid器件，这的工作频率（载波）为125kHz。可兼容e555x系列芯片。T5557芯片具有以下主要特性： *具有75pF的片上谐振电路电容； *7×32bit EEPROM数据存储器（包含32bit的密码存储器）； *独立的64位可追踪数据存储器；

    *EEPROM中的配置存储器可能设置芯片工作参数； *数据速率可在RF/2和RF/128之间的以2的幂次可选； *编码方式：NRZ、曼彻斯特及Biphase码； *调制方式：FSK、PSK、直接； *具有请求应答（AOR）、密码、常规读、直接访问等多种工作模式； *具有写保护特性； *OTP（一次可编程）功能。

2 T5557的应用系统构成 T5557的典型应用系统构成图如图1所示。图中，读写器向T5557（亦称之为tag）传送射频能量和读写命令，同时接收T5557芯片以负载调制方式送来的数据信号。 3 内部组成及工作原理 3．1 内部组成电路实际上，T5557芯片的内部电路组成框图也示于图1，从图中可以看出，它由模拟前端、写解码、比特率产生器、调制器、模式寄存器、控制器、存储器、编程用高压产生器、测试逻辑等电路构成。其中：模拟前端电路主要完成芯片模拟信号的处理和变换，包括电流产生、时钟提取、载波中断（空隙gap）检测、负载调制、ESD保护等电路；写解码电路主要在读写器向芯片写数据时，用来解读有关写操作码，并对写数据流进行校验；HV产生器可产生对EEPROM进行编程写入所需的高电压；控制器主要完成四种功能，一是在上电（POR）有效后及读期间，用配置存储器数据（在EEPROM的块0中，见后述）装载模式寄存器，以保证芯片按设置方式工作。二是控制对存储器的访问。三是处理写命令和数据写入。四是在密码模式中，将接收操作码后的32位值与存贮的密码进行比较和判别；调制器用于实现FSK、PSK调制；T5557具有330位EEPROM存储器，其结构如图2所示，分为页0和页1两页。页0的块0是配置存储器。每块的位0是块锁存位，一旦锁存置位，本块（包括锁存位）不能通过射频再次编程。T5557中EEPROM的可追踪数据是指Atmel在生产制造测试过程所保留的众多识别数据，可供查询，这是e555x系列没有的。此外，T5557中配置存储器的功能结构位图如图3所示。 3．2 T5557的初始化及读写器通信电源上电后（POR有效），T5557将对存储在EEPROM块0中的数据进行初始化，此时若图3中的POR位为0，则在约3ms后按块0的调制参数设置进行调制。若需置位POR，则其初始化时间约为67ms。在卡（tag）与读写器进行通信时：通常由卡将存贮在EEPROM中的数据以负载调制方式循环送至读写器。根据传送数据循环组织方式的不同又可分为常规（regular）读模式、块读模式和序列终止符模式。具体如下：（1）常规读模式：传送数据序列从块1的第一位开始至最后一块（最大为块7）的第32位。最后一块的块号由配置存储器的参数MAXBLK值确定。若MAXBLK为0或1，则不断传送块0或块1的数据。工作于此模式时，在传送循环结构数据之前其发送的第一位为逻辑0。

图3

    （2）块读模式：在直接访问命令下工作时，仅有被寻址的块被读。在配置存储器PWD位置1时的密码模式下，对32位块的直接访问需要32位密码，若密码不匹配，则T5557会返回常规读模式。在块读模式下的第一位也为逻辑0。（3）序列终止符模式（ST）：这是与e5550兼容的一种方式，在数据传送开始和循环数据开始时插入一个序列ST（4位1组成），来实现与读写器的同步。但序列仅用于FSK和曼彻特码调制方式。ST序列第2和第4位时段负载调制在FSK模式时一直关断，在曼彻斯特码时一直接通。该方式通常由EEPROM块0的ST位置1实现。 3．3 读写器至卡的通信读写器发出的命令和写数据可由中断载波形式空隙（gap）的方法来实现，并以两个gap之间的持续时间来编码0和1。当gap时间在50~150μs时，两gap之间的24Tc(Tc为载波周期)时间长为0，54Tc时间长为1，当大于64Tc时间长而无gap再出现时，T5557退出写模式。若命令正确，T5557将正常执行；若出现错误，则T5557转至常规读模式。序列中的第一个gap被称为起始gap。为了便于T5557的检测，一般情况下，起始gap应大于其后的gap（见图4）。

图4

    （1）写数据协议读写器发出双位码，作为命令传送至T5557。命令的有关构成列于表1。

表1 命令表

命令	命令码	后续位构成
AOR	10	密码（第1～32位）
标准写	1P	锁定位L+数据（第1～32位）+地址（第2～0位）
保护写	1P	密码（第1～32位）+锁定位L+数据（第1～32为）+地址（第20位）
直接访问（PWD=1）	1P	密码（第1～32位）+0+地址（第2～0位)
直接访问（PWD=0）	1P	0+地址（第20位）
页0/1常规读	1P
Reset命令	00

注：表中P为页选择（P为0或1）（2）AOR（请求应答）模式（此地密码位PWD=1）当AOR置1（块0），T5557在装载块0后并不调制，将等待来自读写器的有效AOR命令，以备唤醒。AOR命令利用密码激活匹配的T5557芯片，该命令可用于防止冲突，以选择所要的卡读写。（3）编程写入当所有写信息已被T5557正确接收时，便可编程写入。在写序列传送结束和编程之间有一段延迟。编程写入时间为5.6ms。编程写入成功后，T5557进入块读模式，并传送刚编程写入的块。一个完整的写序列成功的过程如图4所示。

图5

    3．4 扩展模式（X-Mode）在块0中将Master key（4位）设置为6或9并将X-Mode位置1，便可进入扩展模式。Master key等于9时可进入测试模式，等于6时不允许测试模式。其它Master key位置都不能使T5557进入X-Mode，即使X-Mode位置1也不能进入。扩展模式（和e555x不兼容）具有下列特点： *波特率：该波特率的值由块0的第9位至14位（n5至n0）的位值n来确定，波特率为fc/(2n+2)，其中fc为载波频率。 *调制编码方式：由块0的第16至20位设置，编码不同于e555x兼容的方式。 *OTP功能：若块0的OTP（第24位）置1，所有锁存位置1，则所有块都是写保护的。若Master key值为6，则T5557的工作模式被锁存，即为OTP功能。若Master key值为9，则测试模式访问允许重构配置。 *序列开始标志：它由两位（10或01）组成，用于同步读写器，在每一块数据传送开始时插入，10和01是交替使用的。 *反向数据输出：使数据输出反向（即1与0反向，输出为其反）。 *快速写。快写模式时，两个Gap之间是12Tc时间长为0，是27Tc时间长为1。而在一个gap后，超过32Tc时间长而不出现下一个gap时，T5557将退出该快写模式。

4 FSK读写器电路设计 4．1 FSK调制 T5557芯片的FSK调制方式有FSK1、FSK2、FSK1a和FSK2a四种，其参数列于表2。一个典型的FSK调制波形如图5所示。

表2 T5557的FSK调制（fc为载波频率）

模式	数据0的频率f0	数据1的频率f1
FSK1	fc/5	fc/8
FSK2	fc/10	fc/8
FSK1a	fc/8	fc/5
FSK2a	fc/8	fc/10

4．2 FSK读写器当T5556采用FSK调制模式时，其读写器应具有对应的解调电路，图6所示是一种FSK读写器的电路结构框图。它由4MHz晶振振荡器、分频器、载波功放、gap控制、包络检波、滤波放大、脉冲成形、FSK解调、微控制及与主机接口电路等组成。