RI-R6C-001A集成電路的原理與應(yīng)用

    摘要：RI-R6C-001A芯片是Texas Instruments公司生產(chǎn)的RF收發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)ISO15693協(xié)議電子標(biāo)簽的閱讀。該芯片內(nèi)含接收、發(fā)射和控制接口三部分。文中介紹了RI-R6C-001A的結(jié)構(gòu)、原理和特性，并給出了典型應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：射頻；收發(fā)器；電子標(biāo)簽；RI-R6C-001A

１　概述

電子標(biāo)簽是時(shí)下最為先進(jìn)的非接觸感應(yīng)技術(shù)。ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ芯片是美國(guó)德州儀器（ＴＩ）和荷蘭飛利浦公司（Ｐｈｉｌｉｐｓ）開(kāi)發(fā)出的一種廉價(jià)的非接觸感應(yīng)芯片。這種芯片的無(wú)源最大讀寫距離可達(dá)１．２米以上。它與條形碼相比，無(wú)須直線對(duì)準(zhǔn)掃描，而且讀寫速度快，可多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)識(shí)別，每秒最多可同時(shí)識(shí)別５０個(gè)，頻率為１３．５６ＭＨｚ ±７ｋＨｚ（國(guó)際通用）的目標(biāo)。它采用國(guó)際統(tǒng)一且不重復(fù)的８字節(jié)（６４ｂｉｔ）唯一識(shí)別內(nèi)碼（Ｕｎｉｑｕｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，簡(jiǎn)稱ＵＩＤ），其中第１～４８ｂｉｔ共６字節(jié)為生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品編碼，第４９～５６ｂｉｔ １個(gè)字節(jié)為廠商代碼（ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６－６／ＡＭ１），最高字節(jié)固定為“ＥＯ”。其使用壽命大于１０年或讀寫１０萬(wàn)次，無(wú)機(jī)械磨損、機(jī)械故障，可在惡劣環(huán)境下使用，工作溫度為－２５～＋７０℃?可反復(fù)讀寫且扇區(qū)可以獨(dú)立一次鎖定，并能根據(jù)用戶需要鎖定重要信息；現(xiàn)有的產(chǎn)品一般采用４字節(jié)扇區(qū)，內(nèi)存從５１２ｂｉｔ～２０４８ｂｉｔ不等。

ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ芯片采用柔性封裝，它的超薄和多種大小不一的外型，使它可封裝在紙張和塑膠制品（ＰＶＣ、ＰＥＴ）中，既可應(yīng)用于不同安防場(chǎng)合，也可再層壓制卡。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已把這種非接觸感應(yīng)芯片寫入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ１５６９３中。其主要原因是因?yàn)樵撔酒哂蟹庋b任意、內(nèi)存量大、可讀可寫、防沖撞等獨(dú)特的功能。

２　引腳排列與功能

圖１所示為（ＲＩ－ＲＲＣ－００１Ａ芯片和引腳排列）。

３　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

收發(fā)器需要５Ｖ外加電源，在實(shí)際操作中最小電壓為３Ｖ，最大電壓為５．５Ｖ，典型電壓為５Ｖ。電損耗取決于天線阻抗和輸出網(wǎng)絡(luò)的配置。由于電源紋波和噪聲會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此，德州儀器推薦使用標(biāo)準(zhǔn)電源。

射頻收發(fā)器內(nèi)部的輸出晶體管是一個(gè)低阻場(chǎng)效應(yīng)管，電耗直接在ＴＸ＿ＯＵＴ腳消耗，推薦用５Ｖ電源供電，最好驅(qū)動(dòng)５０Ω天線。在輸出端連接一個(gè)簡(jiǎn)單的諧振電路或者匹配網(wǎng)絡(luò)可以降低諧波抑制，用選通方波驅(qū)動(dòng)輸出晶體管能達(dá)到１００％的調(diào)制度。調(diào)整連接輸出晶體管的電阻（典型電路中的Ｒ２）能獲得１０％的調(diào)制度，增大這個(gè)電阻，調(diào)制度也隨之增加。通過(guò)發(fā)射編碼器變換的數(shù)據(jù)可按照事先選擇好的射頻協(xié)議進(jìn)行傳輸，通信速率應(yīng)為５～１２０ｋＢ，而且至少要有一個(gè)速率滿足已選擇感應(yīng)器協(xié)議的要求。

接收器通過(guò)外部電阻連接到天線后可將來(lái)自電子標(biāo)簽的調(diào)制信號(hào)通過(guò)二極管包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，接收解碼器輸出到控制器的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，通信速率和射頻協(xié)議由已選擇的模式確定。在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，接收的數(shù)據(jù)串中已檢測(cè)并標(biāo)志了啟動(dòng)、停止、錯(cuò)誤位。

    該系統(tǒng)的正常時(shí)鐘頻率為１３．５６ＭＨｚ，但是振蕩器的工作頻率范圍為４ＭＨｚ～１６ＭＨｚ。

在電源被重新啟動(dòng)后，設(shè)備為默認(rèn)配置。ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ系統(tǒng)有三個(gè)有效電源模式。主要模式是滿載模式，而空載模式僅出現(xiàn)在與電路有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)振蕩器和最小系統(tǒng)工作中的標(biāo)準(zhǔn)振蕩器停振時(shí)，掉電模式則完全關(guān)斷設(shè)備內(nèi)部的偏置系統(tǒng)。當(dāng)ＳＣＬＯＣＫ保持高電平時(shí)，可在ＤＩＮ端的輸出脈沖上升沿喚醒電路。

ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ芯片的串行通信接口通常使用三根線，其中的ＳＣＬＯＣＫ為串行雙向時(shí)鐘；ＤＩＮ為數(shù)據(jù)輸入，ＤＯＵＴ為數(shù)據(jù)輸出。參見(jiàn)圖２所示的ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

４　典型電路應(yīng)用

圖３所示是ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ的典型應(yīng)用電路，該電路可驅(qū)動(dòng)５０Ω的天線，當(dāng)電源電壓為５Ｖ時(shí)，輸出射頻的功率為２００ｍＷ，而當(dāng)電源電壓為３Ｖ時(shí)，輸出射頻功率為８０ｍＷ。

圖3

    由于電路中的發(fā)射器一直工作，因此，應(yīng)增大集成電路散熱片的尺寸以增加散熱面積。設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)避免過(guò)大的分布電容，當(dāng)電路板分布電容過(guò)高時(shí)，可配合晶振調(diào)整電容Ｃ５的值，以減少時(shí)鐘的不穩(wěn)定性。推薦Ｃ５值為２２ｐＦ。通過(guò)軟件處理可使收發(fā)器的調(diào)制度在１００％～１０％范圍內(nèi)調(diào)整。ＩＳＯ１５６９３協(xié)議規(guī)定標(biāo)簽允許執(zhí)行１０％～３０％之間的調(diào)制度（除１００％之外），通過(guò)改變電阻Ｒ２的值可以達(dá)到這個(gè)要求。

５　結(jié)束語(yǔ)

ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ集成電路是一種高性能、廉價(jià)的非接觸感應(yīng)收發(fā)芯片，它讀寫速度快，并實(shí)現(xiàn)可多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)中識(shí)別，因而可廣泛應(yīng)用于物流管理、車輛防盜、證件防偽、城市出租車管理、圖書館管理、槍支管理等領(lǐng)域，隨著我國(guó)電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的制定，該器件將擁有更大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。