CN106817151B - 读写器有源天线从模式发送及接收电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种读写器有源天线从模式发送及接收电路，包括：一mfin米勒脉冲滤波发送电路，一mfin米勒脉冲计数检测电路，一状态机转换和输出控制信号电路，一解码时钟同步电路，一mfout曼彻斯特码输出电路。利用读写器的mfin和mfout管脚，让主模式的读写器用mfout发送ISO14443协议TYPEA 106K米勒脉冲，而从模式的mfin实现接收并且数字滤波和发送到TX接口实现RF信号的发送，并且检测米勒脉冲是否发送完毕，根据状态机的跳转实现从模式读写器的发送到接收状态的切换，以实现准备接收来自卡片返回的数据，并且利用模拟接收解调的信号直接利用其mfout返回给主模式mfin进行数字解码，从而实现读写器与卡片交互的有源天线应用。

Description

读写器有源天线从模式发送及接收电路

技术领域

本发明涉及近场(13.56MHZ)通讯领域，特别是涉及一种读写器芯片ISO14443协议TPYE A(类型A)模式下有源天线应用从模式发送及接收电路。

背景技术

近场(13.56MHZ)读写器芯片在实际工作时，是有一定的物理局限性的，具体体现在：

1、天线的线圈与读写器芯片直接的导线限定在50cm以内。

2、读写器芯片与其控制MCU(微控制单元)芯片的距离一般在20cm以内。

为解决距离上的局限性，可以将2个具有旁路功能的读写器芯片串联，以其中一个芯片作为主控读写器芯片，主控读写器芯片与上位机MCU芯片相连，产生TYPE A米勒编码发送寻卡命令；而另一个为通过旁路信号接口与主控读写器芯片连接的从读写器芯片。主控读写器芯片没有天线线圈相连，从读写器芯片没有上位机MCU芯片相连，但有天线线圈相连，这样即可以通过延长主从读写器芯片的旁路信号接口线来突破上述距离限制，通过主控读写器芯片发读写命令，让从读写器芯片开关自己的模拟解调电路来实现对卡片的负载调制解调，此种应用可以称为有源天线应用模式。

因此对于有源天线应用模式的读写器芯片来说，有主模式和从模式两种情况。如图5所示，读写器芯片做为从模式时，要能够对从mfin输入的米勒编码信号进行载波调制，并能够将载波解调后的副载波串行码流(标准应用)或者将副载波解调后的串行码流(非标应用)通过mfout输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种读写器有源天线从模式发送及接收电路，能够实现读写器与卡片交互的有源天线应用。

为解决上述技术问题，本发明的读写器有源天线从模式发送及接收电路，包括：

一mfin(Mifare In输入信号)米勒脉冲滤波发送电路，接收来自主模式读写器mfout(Mifare Out输出信号)管脚输出的ISO-14443协议中TYPE A 106K速率的米勒脉冲，并且滤除毛刺信号，然后将滤除毛刺信号的米勒脉冲直接送到从模式读写器模拟发送TX端口，即输出待检测脉冲信号，利用模拟载波调制后直接发送带有副载波的信号到天线中，实现与卡片的信号交互；

一mfin米勒脉冲计数检测电路，与所述mfin米勒脉冲滤波发送电路相连接，在主模式发送米勒脉冲时，对所述待检测脉冲信号进行计数，用于判定帧头或者帧结束；

一状态机转换和输出控制信号电路，与所述mfin米勒脉冲计数检测电路相连接，状态机有4种状态，分别是idle(空闲),send(发送),rcv_pre(预接收),rcv(接收)状态，根据mfin米勒脉冲计数检测电路的计数值来切换发送和接收状态，并产生用于控制mfin米勒脉冲计数检测电路，解码时钟同步电路，曼彻斯特码输出电路的信号；

一解码时钟同步电路，与所述状态机转换和输出控制信号电路相连接，产生并输出使能信号，控制解码卡片返回的TYPE A 106K曼彻斯特码信号，使时钟与数据同步对齐，正确解码卡片返回的数据，生成曼彻斯特码数字信号；

一mfout曼彻斯特码输出电路，与所述解码时钟同步电路相连接，在所述状态机为rcv时，将模拟模块解码输出的信号经过数字处理以后，送到mfout端口输出。

本发明利用读写器的mfin和mfout管脚，让主模式的读写器用mfout发送ISO14443协议TYPE A 106K米勒脉冲，而从模式的mfin实现接收并且数字滤波和发送到TX接口实现RF(射频)信号的发送，并且检测米勒脉冲是否发送完毕，根据状态机的跳转实现从模式读写器的发送到接收状态的切换，以实现准备接收来自卡片返回的数据，并且利用模拟接收解调的信号直接利用其mfout返回给主模式mfin进行数字解码，从而实现读写器与卡片交互的有源天线应用。

本发明针对特殊应用场景结合ISO14443协议中对TYPE A 106k米勒脉冲的发送编码特点进行了针对性的处理，以满足读写器芯片作为有源天线从模式时的应用。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是ISO14443协议TYPE A 106K米勒脉冲编码示意图；

图2是从模式读写器的状态机转换图；

图3是ISO14443协议TYPE A 106K卡片返回的曼彻斯特码；

图4是所述读写器有源天线从模式发送及接收电路结构框图；

图5是读写器有源天线从模式下与卡片通信的应用框图。

具体实施方式

参见图4所示，所述读写器有源天线从模式发送及接收电路，包括：一mfin米勒脉冲滤波发送电路，一mfin米勒脉冲计数检测电路，一状态机转换和输出控制信号电路，一解码时钟同步电路，一mfout曼彻斯特码输出电路。

所述发送及接收电路有6个输入信号，分别是：

1、模拟射频解调模块解调输出的载波频率为13.56MHz时钟rf_clk(信号1)；

2、复位信号rstn(信号2)；

3、主模式读写器输出的米勒脉冲mfin(信号3)；

4、模拟电路从天线RF解码的ISO14443协议TYPE A 106K的数据rx_komp(信号8)；

5rf_clk的4分频时钟ck_4(信号10)；

6rf_clk的16分频时钟ck_16(信号11)。

所述发送及接收电路有1个输出信号，即从模式读写器输出的mfout曼彻斯特码。

所述mfin米勒脉冲滤波发送电路，采用时钟rf_clk信号1作为时钟信号，rstn信号2作为D触发器的异步复位端，用两级D型触发器采样输入的mfin信号3，然后把这两级输出端的电路做比较，如果相等，则在第3级D型触发器采样进行滤波去毛刺，并且输出待检测脉冲信号mfin_sync信号4，同时将该信号4通过内部连线直接送到从模式读写器中模拟电路的TX端口(结合图5)实现RF信号的发送，等待卡片接收后返回数据。

所述mfin米勒脉冲计数检测电路，采用时钟ck_4信号10作为时钟信号，rstn信号2作为D触发器的异步复位端，如图1所示。从ISO 14443协议中可知道TYPE A 106K的米勒编码发送一帧的开始使用的是序列Z，所以t1时间范围约为2-3μs，并且结合状态机，当状态机转换和输出控制信号电路输出的信号state即信号6为idle或者rcv状态时，计数待检测脉冲信号mfin_sync的低电平持续时间，即t1期间，如果信号5计数器数值达到2，则认为主模式读写器发送有效一帧开始，标志信号为mfin_valid。从ISO 14443协议中可知道TYPE A106K的米勒编码发送一帧的结束高电平持续最长的情况是序列Z+Y，即发送序列Z期间从t1时刻开始后续就一直高电平无调制，因此当状态机为send状态时，计数待检测脉冲信号mfin_sync的高电平持续时间，如果信号5计数器数值达到64，则认为是主模式读写器发送有效一帧结束，标志信号为mfin_stop。为了检测主模式的读写器发送是否有效开始或者结束，利用计数器的特别判定高低电平方法可以省去读写器专门设计一个解码主模式发送米勒编码的电路。图1中，序列X、序列Y和序列Z三个序列对于逻辑调制信号，“0”表述有调制，1表示无调制。

所述状态机转换和输出控制信号电路，如图2所示，状态机在复位状态下为idle，当mfin_valid有效时，信号6从idle切换到send。在send过程中将主模式读写器需要发送的数据内容通过模拟调制发送给卡片，在检测到mfin_stop后，就继续转换到rcv_pre状态机中，此状态开启模拟载波解调电路，这是因为通常在载波解调开始阶段会有一个稳定期，提早打开模拟电路，留出足够时间让模拟载波解调电路达到稳定状态。同时当等待一个ISO14443TYPEA 106K曼彻斯特码解调帧等待期结束以后，即协议中的FDT(Frame Delay Time，帧等待时间)时间，标志信号为rx_wait_end，状态机进入rcv状态。在rcv状态，继续保持打开模拟解调电路，并且检测两个信号，一个是滤波后的mfin_sync的有效凹槽，处于rcv状态时，可以被主模式发出的有效mfin脉冲打断而关闭接收解调电路重新进入send状态；另一个信号是接收结束标志位的下降沿，即当正常接收结束，检测到s_valid信号的下降沿后，标志信号为s_valid_neg，状态机返回进入idle。其中s_valid信号是读写器芯片内部的副载波解调电路的副载波调制有效信号，当该信号为1时，表示接收开始，当该信号为0时表示已经没有副载波调制，接收完毕。以上所有状态如果遇到复位信号即信号2则信号6都返回idle状态。

所述解码时钟同步电路，在状态机为send状态时候，该解码时钟同步电路的使能信号clk_en信号7置1，以用来解码卡片返回的ISO 14443TYPE A 106k曼彻斯特码数据。由于该帧数据没有同步帧，所以解码完全是靠时钟对齐编码数据的第一个副载波为准，否则解码就会出错，因为有源天线的结构是主从mfin和mfout的接口互相连接，所以从模式读写器使用该类方法可以无需使用通过判定主模式帧结束出同步解码时钟信号的方法。该解码时钟同步电路的使能信号clk_en信号7在状态机为idle或者状态机从rcv跳转为send时清0，这样在主模式读写器连续发送寻卡命令时候，也能做到解码时钟的同步。

所述mfout曼彻斯特码输出电路，在卡片收到指令后，会返回数据，模拟电路从天线RF解码的TYPE A 106K的去包络解调信号rx_komp信号8给到数字电路，该信号的正确与否取决于clk_en信号7是否同步正确，并且使用系统时钟16分频的ck_16信号11作为时钟，将该信号结合编码成曼彻斯特码返回给主模式读写器进行解码，其中编码方式有两种，如图3所示，副载波串行码流(标准应用，即图3中上端的波形)或者将副载波解调后的串行码流(非标应用，即图3中下端的波形)通过mf_out信号9输出。

图5是读写器有源天线从模式下与卡片通信的拓扑结构应用框图，从图中可以看到在有源天线应用下，卡片与从模式的读写器的连接，从模式读写器的mfin和mfout管脚端口与主模式读写器的mfout和mfin管脚端口连接，以此构成有源天线的应用。图5中“TX”表示发送端，“RX”表示接收端。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种读写器有源天线从模式发送及接收电路，其特征在于，包括：

一mfin米勒脉冲滤波发送电路，接收来自主模式读写器mfout管脚输出的ISO14443协议中TYPE A 106K速率的米勒脉冲，并且滤除毛刺信号，然后将滤除毛刺信号的米勒脉冲直接送到从模式读写器模拟发送TX端口，即输出待检测脉冲信号，利用模拟载波调制后直接发送带有副载波的信号到天线中，实现与卡片的信号交互；

一mfin米勒脉冲计数检测电路，与所述mfin米勒脉冲滤波发送电路相连接，在主模式发送米勒脉冲时，对所述待检测脉冲信号进行计数，用于判定帧头或者帧结束；

一状态机转换和输出控制信号电路，与所述mfin米勒脉冲计数检测电路相连接，状态机有4种状态，分别是空闲，发送，预接收，接收状态，根据mfin米勒脉冲计数检测电路的计数值来切换发送和接收状态，并产生用于控制mfin米勒脉冲计数检测电路，解码时钟同步电路，曼彻斯特码输出电路的信号；

一解码时钟同步电路，与所述状态机转换和输出控制信号电路相连接，产生并输出使能信号，控制解码卡片返回的TYPE A 106K曼彻斯特码信号，使时钟与数据同步对齐，正确解码卡片返回的数据，生成曼彻斯特码数字信号；

一mfout曼彻斯特码输出电路，与所述解码时钟同步电路相连接，在所述状态机为接收状态时，将模拟模块解码输出的信号经过数字处理后，送到mfout端口输出；

其中，mfin表示输入信号，mfout表示输出信号。

2.如权利要求1所述的发送及接收电路，其特征在于：所述mfin米勒脉冲滤波发送电路，采用RF系统时钟13.56MHz对mfin端口的数字波形进行采样，首先用两级D型触发器采样mfin端口数字信号，进行两级输出比较后如果相等，则在第3级D型触发器采样进行滤波去毛刺，输出待检测脉冲信号，同时将该待检测脉冲信号通过内部连线直接送到从模式读写器模拟发送TX端口实现RF信号的发送，等待卡片接收后返回数据。

3.如权利要求1所述的发送及接收电路，其特征在于：所述mfin米勒脉冲计数检测电路，计数时钟为RF系统时钟13.56Mhz的4分频时钟，当状态机为空闲或者接收状态时，计数待检测脉冲信号的低电平持续时间，如果计数器数值达到2，则认为主模式读写器发送有效一帧开始，标志信号为mfin_valid，而当状态机为发送状态时，计数待检测脉冲信号的高电平持续时间，如果计数器数值达到64，则认为是主模式读写器发送有效一帧结束，标志信号为mfin_stop。

4.如权利要求1或3所述的发送及接收电路，其特征在于：所述状态机转换和输出控制信号电路，在一个标准完成收发的从模式读写器电路中，状态机在复位状态下为空闲，当主模式读写器发送有效一帧开始信号mfin_valid有效时，从空闲状态切换到发送状态，在发送过程中将主模式读写器需要发送的数据内容通过模拟调制发送给卡片，在检测到主模式读写器发送有效一帧结束信号mfin_stop后，就继续转换到预接收状态机中，此状态开启模拟载波解调电路，同时当等待一个TYPE A 106K曼彻斯特码解调帧等待期结束以后，状态机进入接收状态；

在接收状态，继续保持打开模拟载波解调电路，并且检测两个信号，一个是滤波后的待检测脉冲信号mfin_sync的有效凹槽，处于接收状态时，能被主模式发出的有效mfin脉冲打断而关闭接收解调电路重新进入发送状态；另一个信号是接收结束标志位s_valid的下降沿，即当正常接收结束，检测到s_valid信号的下降沿后，状态机返回进入空闲状态；

其中s_valid信号是读写器芯片内部的副载波解调电路的副载波调制有效信号，当该信号为1时，表示接收开始，当该信号为0时表示已经没有副载波调制，接收完毕；

以上所有状态如果遇到复位信号使能都返回空闲状态。

5.如权利要求1所述的发送及接收电路，其特征在于：所述解码时钟同步电路，在状态机为发送状态时，该解码时钟同步电路的使能信号置1，以用来解码卡片返回的TYPE A106k曼彻斯特码信号；该解码时钟同步电路的使能信号在状态机为空闲状态或者状态机从接收状态跳转为发送状态时清0。

6.如权利要求1所述的发送及接收电路，其特征在于：所述mfout曼彻斯特码输出电路，从模式读写器会将模拟RF模块去载波的TYPE A 106K曼彻斯特码的副载波信号通过数字处理以后送到mfout端口输出，返回给主模式读写器进行解码。

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