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周立功MFRC500天线设计

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标签: RC500天线设计

MFRC500天线设计不错的文档。

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广州周立功单片机发展有限公司 Tel 02038730976 38730977 Fax38730925 httpwwwzlgmcucom 设计 MF RC500 的匹配电路和天线的应用指南 目录 1 介绍 3 2 系统的基本原理 3 21 结构示意图 3 22 系统配置 3 23 MIFARE RF 接口 4 231 能量传输 4 232 RWD卡的数据传输 5 233 卡RWD 的数据传输 6 3 MF RC500 匹配电路和天线的设计 8 31 基本设计规则 8 32 估算最合适的天线大小 9 33 直接匹配的天线 10 331 EMC 电路 10 332 接收电路 10 333 直接匹配天线的天线匹配电路11 34 50 匹配的天线 14 341 EMC 电路 14 343 50 的长距离解决方案 15 344 50 的短距离解决方案 16 345 50 天线的天线匹配电路 16 4 环境的影响 19 41 金属的天线环境 19 42 多个天线 19 ......

广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020)38730976 38730977 Fax:38730925 http://www.zlgmcu.com 设计 MF RC500 的匹配电路和天线的应用指南 目录 1 介绍 ........................................................................................................................ 3 2 系统的基本原理 ...................................................................................................... 3 2.1 结构示意图......................................................................................................................... 3 2.2 系统配置 ............................................................................................................................ 3 2.3 MIFARE® RF 接口............................................................................................................. 4 2.3.1 能量传输.................................................................................................................. 4 2.3.2 RWD->卡的数据传输 ............................................................................................... 5 2.3.3 卡->RWD 的数据传输 .............................................................................................. 6 3 MF RC500 匹配电路和天线的设计......................................................................... 8 3.1 基本设计规则..................................................................................................................... 8 3.2 估算最合适的天线大小....................................................................................................... 9 3.3 直接匹配的天线 ............................................................................................................... 10 3.3.1 EMC 电路 .............................................................................................................. 10 3.3.2 接收电路................................................................................................................ 10 3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路.................................................................................11 3.4 50 匹配的天线............................................................................................................... 14 3.4.1 EMC 电路 .............................................................................................................. 14 3.4.3 50 的长距离解决方案 .......................................................................................... 15 3.4.4 50 的短距离解决方案 .......................................................................................... 16 3.4.5 50 天线的天线匹配电路....................................................................................... 16 4 环境的影响 ........................................................................................................... 19 4.1 金属的天线环境 ............................................................................................................... 19 4.2 多个天线 .......................................................................................................................... 19 4.3 温度 ................................................................................................................................. 19 5 天线的屏蔽和补偿 ................................................................................................ 19 5.1.1 电子屏蔽................................................................................................................ 19 5.1.2 补偿 ....................................................................................................................... 21 5.1.3 铁屏蔽.................................................................................................................... 21 6 MF RC500 天线设计的举例.................................................................................. 23 6.1 总体布线提示................................................................................................................... 23 6.1.1 EMC 滤波器和接收电路......................................................................................... 23 6.2 天线和匹配电路的布线..................................................................................................... 24 6.3 直接匹配天线的例子 ........................................................................................................ 24 6.3.1 屏蔽和补偿的矩形天线........................................................................................... 24 6.3.2 矩形天线................................................................................................................ 25 6.3.3 屏蔽的矩形天线 ..................................................................................................... 26 6.4 50 匹配天线的举例........................................................................................................ 27 6.4.1 补偿的矩形天线 ..................................................................................................... 27 6.4.2 补偿的环形天线 ..................................................................................................... 28 - 1 - 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020)38730976 38730977 Fax:38730925 http://www.zlgmcu.com 6.4.3 屏蔽的环形天线 ..................................................................................................... 29 7 天线的调谐 ........................................................................................................... 30 7.1 最优工作距离的调谐方法 ................................................................................................. 30 7.1.1 直接匹配天线的调谐 .............................................................................................. 30 7.1.2 50 匹配天线的调谐.............................................................................................. 31 7.2 检查 Q 因子...................................................................................................................... 36 8 参考文献 ............................................................................................................... 38 9 附录 A................................................................................................................... 38 9.1 缩写 ................................................................................................................................. 38 9.2 天线线圈电感的计算 ........................................................................................................ 38 9.3 线圈电阻的估算 ............................................................................................................... 39 - 2 - 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020)38730976 38730977 Fax:38730925 http://www.zlgmcu.com 1 介绍 本应用指南的意图是支持 MF RC500 MIFARE®读卡器内部与 RF 相关的设计 它的目的是提供设计应 用指定的天线和匹配电路所使用的 MIFARE®RF 接口 ISO14443A 的一些必要的理解 使读卡器与无线 的 MIFARE®卡有最好的通讯性能 本文档将介绍系统 RF 部分的背景以及概述如何为标准应用设计和调整 天线的过程 这里详细解释并列举了两种不同的天线和匹配电路的概念和设计 而且有完整的调谐过程 有兴趣的读者可以从附录找到 RF 接口的详细理论描述 2 系统的基本原理 2.1 结构示意图 MF RC500 是基于 13.56MHz 无线通讯的一个新系列高度集成读卡器 IC 的成员 MF RC500 支持 IS14443 的所有层 图 2.1 是 MF RC500 简化的结构示意图 图 2.1 简化的 MF RC500 结构示意图 MF RC500 具有以下的功能 • • 数据处理部分将并行的数据转换成串行 支持检查产生的帧 产生并检查 CRC/奇偶校验以及位 µC 的并行接口自动检测连接的 8 位并行接口 编码和处理 它支持 ISO14443-A 的所有层 使 MF RC500 在完全透明的模式下工作 • 器件的状态和控制部分允许对环境影响进行配置 使每个应用获得最好的性能 • Crypto1 的流密码单元支持与 MIFARE® CLASSIC 产品通讯 • 一个安全稳定的密钥存储器用于存储 Crypto1 密钥组 • 模拟部分有两个内部的桥驱动输出 使操作距离可达 100mm 取决于天线线圈和环境的影响 而且 内部接收部分允许接收和译码没经过外部滤波的数据 2.2 系统配置 MIFARE®读卡器的系统配置基于图 2.2 所显示的 MF RC500 用户可以选择两个不同的概念将天线连 接到读卡器 IC 这两种方法是 50 匹配的天线 或者 • • 使用直接匹配的天线配置 这两种概念的系统元件大体上很相似 都需要 3 个部分 − 一个接收电路 接收卡发送的数据 − 一个滤波和电阻 impedance 转换电路 抑制高次谐波并优化到读卡器天线的功率传输 power - 3 - 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020)38730976 38730977 Fax:38730925 http://www.zlgmcu.com transmission − 设计天线线圈的匹配电路和天线线圈使它们获得最优的性能 天线和读卡器用电缆或直接连接也 要有最好的性能 图 2.2 系统配置 这两个概念能满足不同的要求使性能最优 这些部件的设计是下一章的主题 2.3 MIFARE® RF 接口 MIFARE® Technology 在读卡器和无线卡之间用 ISO 14443 类型 A 的 RF 接口通讯 表 1 是 MIFARE® RF 接口的简短概述 基本上 MIFARE® RF 接口遵从变压器原理 MIFARE®卡是 无源的 卡上没有电池 因此 读卡器模块和卡之间的通讯要求有能量的传输 而且可以双向发送数据 表 1 MIFARE® RF 接口的概述 能量传输 工作频率 通讯结构 数据速率 数据传输 RWD->卡 卡->RWD 变压器原理 MIFARE®卡是无源的 13.56MHz 半双工 读卡器首先发信号 talk 105.9kHz 双向 100%ASK 幅变调制 Miller 编码 副载负载波调制 subcarrier load modulation 副载波频率 847.5kHz 曼彻斯特编码 下面的内容是 MIFARE® RF 接口的基本知识 首先将讲述基本的能量传输 最后是数据传输和两个方 向使用的数据编码 2.3.1 能量传输 读卡器天线和无源 MIFARE®卡之间的能量传输使用变压器原理 它要求读卡器要有天线线圈 MIFARE®卡也有线圈 图 2.3 是基本的原理和等效的电路图 图的左边是天线和能量传输的原理 - 4 - 广州周立功单片机发展有限公司 Tel: (020)38730976 38730977 Fax:38730925 http://www.zlgmcu.com 图 2.3 变压器模型 RWD 天线线圈的电流 I 产生一个磁通量 磁通量的部分穿过卡的线圈 在卡的线圈感应出一个电压 电压被整流 当工作电压到达后 卡的 IC 被激活 感应电压会随着读卡器天线和 MIFARE®卡的距离不同 而变化 由于电压会变化 工作距离受到传输的功率限制 上图的右半部分是变压器模式的等效电路 详 细的能量传输将在本文档的附录 A 详细解释 2.3.2 RWD->卡的数据传输 MIFARE®用半双工的通讯形式在读卡器和卡之间传输数据 读卡器首先发出信号 说话 启动通讯 从读卡器到卡的数据传输根据 ISO 14443 类型 A 采用 100%的 ASK 幅变调制 pulse-pause modulation 图 2.4 是典型的信号波形 图 2.4 RWD->卡的数据传输 典型的信号波形 由于天线有品质因子 Q 使发送的信号波形发生变形 如图 2.5 这个波形可以用于测量天线的调谐 tuning 计算天线品质因子 Q 的理论背景和计算匹配电路部件的过程将在第三章详细解释 前面已经提到 MIFARE®卡是无源的 能量传输到卡后 卡才能和读卡器通讯 因此 MIFARE®用 优化的编码提供与发送到卡的数据独立的恒定能量 这就是改良的 Miller 编码 它用于读卡器向卡发送数 据 图 2.6 详细介绍了 Miller 编码 - 5 -
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