讀寫器PCD的專用芯片SLF9000的原理及性能特點

ISO14443標準制定了非接觸式射頻卡（PICC）和讀寫器（PCD）之間進行數(shù)據(jù)交換的接口標準TYPE A和TYPE B。隨著非接觸智能卡研究、開發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展，對讀寫器（PCD）的需求也不斷增長，不少廠家都研制了用于PCD的專用芯片，以使PCD的設(shè)計更為便利。PCD的知名芯片是MCM200/MCM500讀寫模塊，MCM是Mifare core Module的縮寫，意為Mifare核心模塊，這兩款PCD讀寫芯片主要用于采用TYPE A接口標準的Mifare 1卡片的讀寫。本文介紹的PCD專用芯片SLF9000是Infineon公司的產(chǎn)品，它既能用于TYPE A，也可用于TYPE B型IC卡的讀寫。

1 SLF9000的主要特性及引腳功能

1.1 SLF9000的主要特性

SLF9000的主要特性如下：

*載波頻率為13.56MHz；

*數(shù)據(jù)率為106kbps；

*支持ISO14443標準協(xié)議；

*幀長可達128字節(jié)；

*硬件支持TYPE A防沖突協(xié)議；

*具有128字節(jié)的數(shù)據(jù)收發(fā)FIFO緩沖器；

*發(fā)送錯誤檢測采用16位CRC碼；

*支持TYPE A和TYPE B的編解碼規(guī)范。

1.2 引腳功能SLF9000采用PLCC封裝。它有44個引腳，引腳排列如圖1所示，各引腳的功能列于表1。

2 結(jié)構(gòu)原理

SLF9000讀寫器（PCD）專用芯片在技術(shù)上支持ISO14443標準。它是基于非接觸式射頻卡（PICC）的模擬接口（AIF）和計算機主機系統(tǒng)之間的鏈接集成電路芯片，其工作原理框圖如圖2所示。

SLF9000芯片的功能可由內(nèi)部寄存器通過編程來實現(xiàn)。任何讀取PICC數(shù)據(jù)或?qū)戇MPICC的數(shù)據(jù)均需通過SLF9000來傳遞。芯片內(nèi)部有一個128字節(jié)的FIFO（先進先出）隊列寄存器，存儲的數(shù)據(jù)在這里等待送往PICC指公定的區(qū)域或送往微控制器（MCU）或主計算機（HOST）。送往PICC的數(shù)據(jù)可根據(jù)控制寄存器的設(shè)置來添加CRC檢驗（16位）和奇偶檢驗位（1位），以進行差錯控制，然后根據(jù)接口類型進行修正Miller碼編碼（YTPE A）中NRZ編碼（TYPE B），最后將編碼數(shù)據(jù)通過模擬接口（AIF）送至PICC。

從PICC送往SLF9000的數(shù)據(jù)在經(jīng)過模擬接口解調(diào)后可送入芯片，芯片內(nèi)的解碼器會按接口類型進行解碼（TYPE A為曼徹斯特碼，TYPE B為BPSK碼）。在沖突檢測時，解碼數(shù)據(jù)按TYPE A和TYPE B的防沖突算法進行處理，以選定所讀寫的PICC，若是所選PICC的數(shù)據(jù)，可在奇偶校驗后將為數(shù)據(jù)存入FIFO寄存器，以送往主機。

SLF9000支持外部廉價的模擬接口電路（AIF），并可通過AIF實現(xiàn)載波頻率為13.56MHz的TYPE A和TYPE B接口規(guī)范的調(diào)制和解調(diào)。SJF9000可通過內(nèi)部寄存器提供充分的有關(guān)狀態(tài)信息，如射頻接口狀態(tài)、差錯、防沖突以及計數(shù)溢出等。

在和主計算機連接方面，SLF9000可提供兩種接口模式：EPP接口和MPU接口。EPP接口是增強型并行接口（Enhanced Parallel Port），主要用于監(jiān)測和調(diào)試，以及一些低成本的使用場合，個人微型計算機（PC機）的并口可以使用這種模式來直接尋址和提供SLF9000內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)（復(fù)用8位地址/數(shù)據(jù)總線）。MPU接口是多種接口的集成解決方案，它包括RS-232、RS-422、RS-485、USB、Firewire、I2C、PCI、ISA等接口和總線協(xié)議，因此該模式下和主機的接口形式可多樣化，而且能方便地構(gòu)成多讀寫器（PCD）系統(tǒng)或單PCD。

需要說明的是：SLF9000不能由芯片硬件完成安全功能，安全性能應(yīng)由主機系統(tǒng)提供保證。

3 應(yīng)用

從前面的介紹可知，SLF9000芯片可用于鏈接AIF和主機系統(tǒng)，以達到主機和PICC數(shù)據(jù)交換的目的。SLF9000和AIF、主機系統(tǒng)的硬件連接如圖3所示。SLF9000的功能引腳分為兩部分，一部分連接AIF，一部分連接主機系統(tǒng)。

和AIF連接的引腳也分兩類，一類和發(fā)送通道有關(guān)，另一類和接收通道有關(guān)。

3.1 發(fā)送通道端口

（1）COUT，13.56MHz時鐘。對模擬接口來說，這是載波頻率信號輸入，需將其形成正弦載波，并被數(shù)據(jù)信號調(diào)制，同時應(yīng)在AIF中產(chǎn)生功率輸出給PICC電源，并以負載調(diào)制方式建立PCD和PICC之間的通信：

（2）ERF（使能RF），用于控制AIF中13.56MHz信號的選通；

（3）TXD，數(shù)字基帶信號，是傳向PICC的數(shù)據(jù)（可加有CRC、奇偶校驗位）的修正密勒碼或NR2編碼信號，在AIF中為調(diào)制信號；

（4）TRF，該腳的輸出是與TXD引腳上編碼數(shù)字信號相對應(yīng)的ASK波形，此時，與其相連的AIF發(fā)送通道是一個功率放大電路；

（5）RC，用于TYPE B的殘留載波方式，其AIF電路可以相對簡單。

上述5個引腳的使用可根據(jù)接口的形式（TYPE A/B）和AIF電路的功能來選用。

3.2 接收通道端口

在用于接收通道的引腳中，RXD用于向芯片輸入經(jīng)AIF電路解調(diào)后的，來自PICC的數(shù)據(jù)信息，即曼徹斯特碼或BPSK數(shù)字信號。而引腳AnB則用于控制接口（AIF）電路的調(diào)制/解調(diào)方式，即TYPE A或TYPE B方式（調(diào)制時TYPE A為100％ASK，TYPE B為10％ ASK）。

其它和微控制器的連接可按表1所列的引腳功能來進行。

有關(guān)軟件設(shè)計，除了要深入了解芯片內(nèi)部寄存器的功能及相關(guān)指令外，還要熟悉采用PICC的技術(shù)性能。