125KHz RFID讀寫器的FSK解調(diào)器設(shè)計
[導讀]本文給出用于125KHz非接觸式RFID讀寫器的FSK解調(diào)器電路，可將FSK信號解調(diào)為NRZ碼，該電路簡便實用，可用于RFID芯片中設(shè)置的各種FSK調(diào)制模式的解調(diào)。
摘 要：本文給出用于125KHz非接觸式RFID讀寫器的FSK解調(diào)器電路，可將FSK信號解調(diào)為NRZ碼，該電路簡便實用，可用于RFID芯片中設(shè)置的各種FSK調(diào)制模式的解調(diào)。
關(guān)鍵詞：RFID；FSK；PCD；解調(diào)
引言
很多工作在125KHz載波頻率的RFID芯片，如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以將其調(diào)制方式設(shè)置為FSK方式。若芯片設(shè)置為FSK調(diào)制方式，那么讀寫器(PCD)必須具有FSK解調(diào)電路。FSK解調(diào)電路將FSK調(diào)制信號解調(diào)為NRZ碼。
本文給出一種FSK解調(diào)電路，該電路的特點是電路簡單可靠，很適宜PCD中應(yīng)用。
FSK調(diào)制
工作在125KHz的RFID的FSK調(diào)制方式都很相似，圖1給出了一種FSK調(diào)制方式的波形圖。從圖中可見，此時數(shù)據(jù)速率為：載波頻率fc/40=125K/40=3125bps，在進行FSK調(diào)制后，數(shù)據(jù)0是頻率為fc/8的方波，即f0= fc/8；而數(shù)據(jù)1是頻率為fc/5的方波，即f1= fc/5。
經(jīng)FSK調(diào)制后的傳送數(shù)據(jù)，通過負載調(diào)制方式傳送到PCD，圖1中也給出了射頻波形，載波的調(diào)制是采用調(diào)幅。
FSK解調(diào)
PCD經(jīng)載波解調(diào)(通常采用包絡(luò)檢波)、放大濾波和脈沖成形電路后，得到FSK調(diào)制信號。FSK解調(diào)電路完成將FSK調(diào)制信號恢復為NRZ碼。FSK解調(diào)實現(xiàn)方法較多，本文介紹的一種FSK解調(diào)電路示于圖2，該電路簡單方便，可以很好地完成FSK解調(diào)。
圖2所示電路工作原理如下：觸發(fā)器D1將輸入FSK信號變成窄脈沖，即Q為高時，F(xiàn)SK上跳沿將Q端置高，但由于此時Q為低，故CL端為低，又使Q端回到低電平。Q端的該脈沖使十進計數(shù)器4017復零并重新計數(shù)。
4017計數(shù)器對125KHz時鐘計數(shù), 由于數(shù)據(jù)寬為40/fc=40Tc(Tc為載波周期 )，若為數(shù)據(jù)0，F(xiàn)SK方波周期T0=8Tc。當計至第7個時鐘數(shù)時，Q7輸出為高，使CLKen(CLK使能端 )為高，計數(shù)器不再計第8個時鐘，此時Q7為高，當觸發(fā)器D1的Q輸出端在下一個FSK波形上跳時，觸發(fā)器D2的Q端輸出為低。FSK波形上跳同時也將計數(shù)器復零并重新計數(shù)。因此，在數(shù)據(jù)為0的對應(yīng)FSK波形頻率下，觸發(fā)器D2的Q輸出端為低，即為數(shù)據(jù)0的NRZ碼電平。
圖2 FSK解調(diào)電路
圖3 數(shù)位0(后跟位1)的解調(diào)波形圖例
在數(shù)據(jù)1時，由于FSK波形周期T1=5Tc，故計數(shù)器4017的Q7引腳始終為低，在這期間觸發(fā)器D2的Q輸出端保持為高，即為數(shù)據(jù)1的NRZ電平。
數(shù)據(jù)0的解調(diào)波形圖示于圖3。從圖中可見，若0的緊跟位為0，則其位寬為40Tc，若緊跟位為1，其位寬為37Tc，短了三個時鐘周期。位1的緊跟位為1，其位寬保持為40Tc, 若其緊跟位為0，則其位寬為43Tc。因此，位值0和1的交錯，不會造成位寬誤差的傳播，而是進行了補償。±3個時鐘誤差，不會影響MCU對位判的正確性。
單穩(wěn)電路產(chǎn)生的上跳變化為觸發(fā)器D2提供了正常工作的CL端電平，同時也通知MCU此后觸發(fā)器D2的輸出數(shù)據(jù)有效。單穩(wěn)電路可采用74HC123，它為可重復觸發(fā)單穩(wěn)電路，可以自動啟動和關(guān)閉該解調(diào)器。
RFID芯片中FSK通常有多種模式，如e5551中有四種模式(表1)，該電路上面的分析描述對應(yīng)的是FSK1a，但對于FSK1，只需將輸出端改為觸發(fā)器D2的Q端即可。若用FSK2，則計數(shù)器的輸出端改用Q9即可。
對于不同的數(shù)據(jù)速率，只是位寬不同，不影響解調(diào)的結(jié)果。
結(jié)語
該電路簡單可靠，已用于水表讀頭中。
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