CN104680107B - 一种天线pcb化的低频rfid读卡电路 - Google Patents

一种天线pcb化的低频rfid读卡电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天线PCB化的低频RFID读卡电路，包括相互电连接的MCU电路、RFID读卡芯片及LC谐振电路，其特征在于MCU电路采用PIC单片机，PIC单片机的RC0、RC1、RC2、RC3端分别连接RFID读卡芯片的DATA、CLOCK、MODE、SPEED端，RFID读卡芯片的COIL端连接LC谐振电路，LC谐振电路采用PCB天线实现，所述RFID读卡芯片的型号为MLX90109。本发明使读卡器天线轻松实现PCB化，电路结构简单，PCB布线面积小，成本低，同时由于PCB的制作相对工艺精度较高，一致性较好，不需要额外的焊接和固定工艺，因此能大大简化生产工艺。

Description

一种天线PCB化的低频RFID读卡电路
技术领域
本发明涉及一种125KHz的低频RFID读卡电路，可以比较简单的实现读卡器天线的PCB化。
背景技术
目前常见的125KHz读卡芯片，都需要较大的外围谐振电感进行谐振，电感量需要达到几百甚至上千微亨，天线制作工艺多使用漆包线绕制天线，然后焊接在PCB上。对于生产而言，因为需要焊接和固定，会增加生产工艺的复杂度，而较大的谐振电感如果使用PCB天线则会导致PCB布线面积大，成本相应会比较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低频RFID读卡电路，不仅能够简单地实现天线的PCB化，还能够降低读卡器天线制作的成本，简化天线生产的工艺。
本发明具体采用如下技术方案：
一种天线PCB化的低频RFID读卡电路，包括相互电连接的MCU电路、RFID读卡芯片及LC谐振电路，其特征在于MCU电路采用PIC单片机，PIC单片机的RC0、RC1、RC2、RC3端分别连接RFID读卡芯片的DATA、CLOCK、MODE、SPEED端，所述RFID读卡芯片的型号为MLX90109，RFID读卡芯片的COIL端通过LC谐振电路连接至+5V电源，LC谐振电路由谐振电感和谐振电容并联组成，采用PCB天线实现，RFID读卡芯片的DATA端通过第一电阻连接至+5V电源，CLOCK端通过第二电阻连接至+5V电源，VDD端连接+5V电源，VSS端接地，第三电阻和第四电阻串联在+5V电源和地之间，第三电阻和第四电阻的连接点连接至RFID读卡芯片的MODU端，第三电阻与第三电容并联。
MLX90109是迈来芯公司推出的一颗8引脚的125KHz的RFID读卡芯片。只需要简单的外围电路和很小的功耗，占用很小的PCB布线面积。最大的特点是匹配的外部谐振电感只需几十μH的电感。本发明利用MLX90109芯片只需较小外围电感(最小只需要44μH)的特点，使读卡器天线轻松实现PCB化，电路结构简单，PCB布线面积小，成本低，同时由于PCB的制作相对工艺精度较高，一致性较好，不需要额外的焊接和固定工艺，因此能大大简化生产工艺。并且MLX90109的外围电路非常简单，功耗极低，因此具有很好的商业推广和应用价值。
附图说明
图1为本发明系统框图。
图2为MCU电路原理图。
图3为RFID读卡芯片及LC谐振电路原理图。
图4为读卡电路螺旋天线示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的天线PCB化的低频RFID读卡电路，包括相互电连接的MCU电路、RFID读卡芯片及LC谐振电路。如图2、图3所示，MCU电路采用型号为18F46K22的PIC单片机U2，PIC单片机U2的RC0、RC1、RC2、RC3端(引脚32、35、36、37)分别连接RFID读卡芯片U1(型号MLX90109)的DATA、CLOCK、MODE、SPEED端(引脚7、6、5、3)，RFID读卡芯片U1的COIL端(引脚1)连接LC谐振电路，LC谐振电路由谐振电感L1和谐振电容C1组成，采用PCB天线实现。LC谐振电路的另一端连接至+5V电源。RFID读卡芯片U1的DATA端通过第一电阻R1连接至+5V电源，CLOCK端通过第二电阻R2连接至+5V电源，VDD端(引脚8)连接+5V电源，VSS端(引脚2)接地，第三电阻R3和第四电阻R4串联在+5V电源和地之间，第三电阻R3和第四电阻R4的连接点连接至RFID读卡芯片U1的MODU端(引脚4)，第三电阻R3与第三电容C3并联。PIC单片机U2的RE3端(引脚18)连接第五电阻R5，第五电阻R5经第六电阻R6连接至+5V电源，同时第五电阻R5经第六电容C6连接至地。
要实现PCB天线，首先要知道如何计算PCB天线的电感量，单层螺旋天线的电感量计算公式如下：
如图4所示，
a＝(ri+ro)/2；
b＝ro-ri；
ri表示螺旋天线的内半径(即表一、表二中的内边沿)，ro表示螺旋天线的外半径(即表一、表二中的外边沿)，以上参数单位为cm。
由上述计算公式可得，如果使用常规的125KHz的RFID芯片，大约需要400μH的电感，而如果想要实现如此大的电感，则螺旋天线的参数如表一所示：
表一 常规螺旋天线参数
线宽cm 0.0254
线间距cm 0.0254
外中心cm 5.5
匝数(N)圈 70
外边沿(ro)cm 5.5127
内中心cm 1.944
内边沿(ri)cm 1.9313
有效半径(a)cm 3.722
有效铜区(b)cm 3.5814
电感量μH 386.356005
所需的PCB面积约为121平方厘米。
而使用MLX90109芯片因为最小是需要44μH的电感，而要达到这样的电感量需要的螺旋天线设计参数如表二：
表二 本发明螺旋天线参数
线宽cm 0.0254
线间距cm 0.0254
外中心cm 2.6
匝数(N)圈 42
外边沿(ro)cm 2.6127
内中心cm 0.4664
内边沿(ri)cm 0.4537
有效半径(a)cm 1.5332
有效铜区(b)cm 2.159
电感量μH 45.3297184
所需PCB面积约为27平方厘米。
可见，本发明的读卡电路使PCB布线面积大幅减少，因此成本大幅降低。
制作方法：
制作PCB天线，需要先计算出所需电感量天线的相关参数，按照相关参数设计PCB，PCB制作完成后再用电感表测一下PCB天线的电感量，然后计算出匹配的谐振电容值，焊接谐振电容后就可以完成PCB天线的制作。

Claims (3)

1.一种天线PCB化的低频RFID读卡电路，包括相互电连接的MCU电路、RFID读卡芯片及LC谐振电路，其特征在于MCU电路采用PIC单片机，PIC单片机的RC0、RC1、RC2、RC3端分别连接RFID读卡芯片的DATA、CLOCK、MODE、SPEED端，所述RFID读卡芯片的型号为MLX90109，RFID读卡芯片的COIL端通过LC谐振电路连接至+5V电源，LC谐振电路由谐振电感（L1）和谐振电容（C1）并联组成，采用PCB天线实现，RFID读卡芯片的DATA端通过第一电阻（R1）连接至+5V电源，CLOCK端通过第二电阻（R2）连接至+5V电源，VDD端连接+5V电源，VSS端接地，第三电阻（R3）和第四电阻（R4）串联在+5V电源和地之间，第三电阻（R3）和第四电阻（R4）的连接点连接至RFID读卡芯片MODU端，第三电阻（R3）与第三电容（C3）并联。
2.如权利要求1所述的天线PCB化的低频RFID读卡电路，其特征在于所述PIC单片机型号为18F46K22。
3.如权利要求2所述的天线PCB化的低频RFID读卡电路，其特征在于所述PIC单片机的RE3端连接第五电阻（R5），第五电阻（R5）经第六电阻（R6）连接至+5V电源，同时经第六电容（C6）连接至地。
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