摘 要：介绍了13．56MHz PCD发送通道的电路结构和设计思路，给出了一种适合TYPEA、TYPEB、RFID等多种非接触式IC卡的PCD发送通道的设计方法。
关键词：PCD；TYPEA；TYPEB；修正密勒码；E类放大器
1引言
非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，它成功地解决了无源和免接触问题，因而获得了广泛的应用。ISO／IEC14443是较新型的非接触IC卡的国际标准［1］，该标准称IC卡为PICC卡，读写器为PCD。它规定了PICC和PCD之间的TYPEA和TYPEB两种通信传输模式，它们的载波频率均为13． 56MHz。这两种模式主要针对智能卡。实际上，有很多存储器卡、射频身份识别卡（RFID）也是采用13．56MHz作为载频，但其信息传输仅从 PICC到PCD。在PCD的设计中，若编解码、调制解调电路能适应多种传输模式，那么PCD就会有更大的应用范围。限于篇幅，本文仅就PCD发送通道的编码和调制电路进行分析。
2非接触式IC卡系统的基本组成
非接触式IC卡的基本组成框图如图1所示。该系统由PCD和PICC组成。PCD则以微控制器为核心，分为发送和接收两个通道。发送通道由13．56MHz振荡器、功放、调谐电路、编码器、调制器组成。接收通道由解调电路、滤波放大器、解码器组成。收发数据由微控制器处理，并可和主机通信。 设计PCD时可采用PHILIPS公司的MIFARE技术读写模块MCM200／MCM500来实现，MCM是Mi－fare Core Module的缩写，意为Mifare核心模块，它和MIFARE射频RF模块相结合的协议规范被称为ISO／IEC14443 TYPEA标准。图2所示是采用MCM设计PCD的框图。
MCM200模块主要应用于对卡片操作距离为25mm的卡式读写器中，而MCM500模块则主要应用于对卡片操作距离为100mm的卡读写器中。MCM具有数据加密、错误侦察、CRC校验、防冲突等功能。其功能可通过软件编程来实现。有关MCM设计的详细情况可参阅其它文献［2］。
3编码电路
ISO／IEC14443标准规定的数据传输速率为106kbps，数据时钟频率为载波频率的128分频。从PCD向PICC传输数据时，若使用TYPEA模式，则应采用修正的密勒（Miller）码，而用TYPEB则可直接使用 NRZ（不归零）码，在这两种编码中，修正的密勒码比较复杂。
3．1修正的密勒码编码
TYPEA中定义了如下三种时序：
（1）时序X：该时序将在64／fc处产生一个“pause”（凹槽）；
（2）时序Y：该时序在整个位期间（128／fc）不发生调制；
（3）时序Z：这种时序在位期间的开始时，产生一个“pause”。
在上述时序说明中，fc为载波13．56MHz，pause凹槽脉冲的底宽为0．5～3．0μs，90％幅度宽度不大于4．5μs。用这三种时序即可对帧进行编码，即修正的密勒码，其中逻辑“1”选择时序X；逻辑“0”选择时序Y。但有两种情况除外，第一种是在相邻有两个或更多的“0”时，此时应从第二个“0”开始采用时序Z；第二种是在直接与起始位相连的所有位为“0”时，此时应当用时序Z表示。
另外，通信开始时，用时序Z表示。通信结束则用逻辑“0”加时序Y表示。无信息时，通常应用至少两个时序Y来表示。
3．2编码电路设计
实现修正的密勒码编码的硬件电路编码器的原理框图如图3所示。图4所示是假定输出数据为011010时，采用图3方案的波形图，其中，使能信号e用于激活编码器电路以使其开始工作。波形a为数据时钟，b为数据输入端波形，它的第一位为起始位，用于送出不归零码0，第二位至第七位为数据信息，其后是结束位，也应以不归零码输出。编码电路要将00110100变换成修正的密勒码编码。从图中可以发现，a和b异或（模2加）后形成的波形c有一个特点，即其上升沿正好对应于X、Z时序所需的“pause”的起始位置，因此，可以用c波形控制计数器的开始，以对13．56MHz时钟计数，若按模8计数，则d波形中的“pause”脉宽应为8／13．56即0．59μs，因而可满足TYPEA中“pause”凹槽脉冲底宽的要求。这样，通过波形d中输出的相应时序 ZZXXYXYZY即可完成修正密勒码的编码。当送完数据后，拉低使能电平，编码器停止工作。
3．3软件编程
该编码器的软件编程方法比较简单，可以按X、Y、Z时序编写相应子程序，然后将输出数据块从通信起始位至通信结束位，一位一位地按编码规则转换为相应时序，其流程见图5所示。
对于前例数据011010，通过图5的软件流程即可得出修正密勒码时序ZZXXYXYZY，将该时序电平从I／O口送出即为修正的密勒码流。
3．4 NRZ码编码
TYPEB的PCD到PICC数据传输采用的是NRZ编码，其中的逻辑“1”表示载波高幅度无调制，逻辑“0”则表示载波低幅度。这种编码通常可由微控制器直接输出。
4射频输出电路
4．1高频功率输出电路
13．56MHz的射频输出电路应能达到标准所提出的作用距离及电磁性能要求。图6给出了一种采用戊类（E类）功率放大器产生的13．56MHz射频功率输出电路，该电路由13．56MHz晶振信号激励。晶体振荡电路由74HC04、13．56MHz晶体及少量辅助器件组成。该功率放大器由于采用戊（E）类放大器，其晶体管处于开关状态，因而效率很高。
图6中的L1扼流圈的阻抗应足够大，流经它的Icc要接近恒定值，串联谐振电路由L3、C8、C9、C10等器件组成，该电路同时可用作选频电路，其谐振频率为13．56MHz，该回路的Q值也应足够高，以使其输出载波能够成为理想的正弦波波形。L2、C7可用来组成滤波电路，可在电路中用于阻隔13．56MHz的高次谐波。
4．2调制电路
在TYPEA中，当PCD向PICC传输数据时，一般采用100％ASK调制。载波在“pause”处通常会出现凹槽，也就是说，在“pause”处，载波将出现失落。这对IC卡的电源设计将带来难度，同时也给IC卡的时钟提取带来困难。
在TYPEB中，PCD向PICC传输数据时，一般采用10％调制度的ASK调制方式。当其为逻辑“1”时，表示载波高幅度无调制，为逻辑“0＂时，则表示载波幅度下降有调制。
图6中，调制主要由L3、C8、C9、C10、C13或C14所组成的电路来完成，而负载调制通常采用电容调制方式。
在TYPEA时，调制器输入为密勒码，高电平时，Q2导通，此时相当于电感L3和电容C13并联。C13可取较大值，以使其等效串联谐振电路与13．56MHz具有较大的失谐而使其输出载波很低，从而形成100％ASK的“pause”凹槽。
在TYPEB时，由于在高电平时，Q3将截止，因此其输出无调制载波；在低电平时，Q3导通以使C14和L3并联，因此，适当选择C14则可实现10％的ASK调制。
当调制度为10％时，可根据调制度：
m＝（A－B）／（A＋B）
计算出B／A约为0．82，这样，根据谐振曲线关系即可估算出电容C14的大小，并可用示波器或频谱仪测试出实际的调制度。
根据本文所介绍的方案，对于象H4006，MCRF355／360等13．56MHz的RFID卡来说，只需输出无调制载波即可。因此，该射频电路可用于多种非接触式IC卡的应用。
参考文献
2．http：／／www．goldencard．com．cn
3．单承赣，姜寅．无源RFID卡器件MCRF355／360．国外电子元器件，2002（9）：34～36
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