采用读卡机芯片FM1715SL设计的RFID读卡机

采用读卡机芯片FM1715SL设计的RFID读卡机

 

 　　在应用中，读卡机作为车载监控终端的一个传感器安装到车辆上，通过读取不同的RFID卡，包括二代身份证，来识别不同的车辆使用者，完成身份识别、时间统计、考勤打卡和报警提醒等功能。

　　为提高信息安全，在总体设计时采取以下设计思路：元器件选型仅限在中国大陆设计制造厂商内优选;通信协议采用更安全的ISO14443TypeB协议(协议同中国第二代身份证)。公交、食堂、商场、会所等多使用TypeA卡，但是相对TypeA卡来说，TypeB卡芯片具有更高的安全性，接收信号时，不会因能量损失而使芯片内部逻辑及软件工作停止，支持更高的通信速率，抗干扰能力也更强，更能保证数据安全。

　　读卡机以通用非接触读卡机芯片FM1715SL为核心，采用上海海尔集成电路有限公司的微控制器HR7P90H作为处理器，其他关键模块包含交互接口、电源管理和RFID射频等单元模块。

　　采用读卡机芯片FM1715SL设计的RFID读卡机

　　车载终端作为主设备，通过数据-电源复合接口，给读卡机供电，进行数据通信。电源管理模块输出读卡机需要的电压;RS-232驱动电路完成串口通信的电子转换;HRTP90H通过SPI口与FM1715SL进行双向数据通信，实现RFID卡的识别;FM1715SL的天线采用印制板天线，进一步降低成本，提高可生产性;HR7P90H根据车载终端、卡片状态等信息，通过蜂鸣器和LED实现声光提醒。

 

　　从开发难度、器件成熟度、生产供货等方面考虑，选择了上海复旦微电子股份有限公司设计的FM1715SL，这是基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，支持13.56MHz频率下的TypeA和TypeB两种非接触通信协议，以及多种加密算法。FM1715SL具备高集成度的模拟电路，只需少量的外围电路;操作距离达10cm;支持ISO14443TypeA及TypeB协议并内置加密单元。

　　采用读卡机芯片FM1715SL设计的RFID读卡机

　　接口电路：FM1715SL的数据总线是标准的4线SPI接口，FM1715SL作为从设备，由微处理器通过SPI总线和FM1715SL输出中断完成通信控制。

　　发射电路：FM1715SL编解码的参考时钟是13.56MHz，由晶体振荡器及其驱动电路产生。从TX1和TX2引脚发射出去的是调制的13.56MHz载波信号，其频谱除了有13.56MHz外，还有高次谐波分量。L0和C0组成的滤波器用于过滤13.56MHz的谐波功率，以满足相关EMC规定的要求。

　　

　　在读卡机和卡片通信过程中，天线用于产生能发射和接收射频信号的磁通量。而磁通量用于向RFID卡提供电源并在读卡机和卡片之间传送信息。因此，设计天线线圈的电流最大，以产生最大的磁通量。13.56MHz属于短波频段，因此可以采用小型环状天线，形状有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本设计采用图3所示的矩型天线。C1完成发射端的50Ω的匹配，提高能量传输效率;C2与天线的等效电感L1组成13.56MHz谐振网络;R1用来调整天线的品质因数Q。在天线设计中，Q是一个非常重要的参数，Q太小则天线的读卡范围内有盲区，影响数据通信的稳定和可靠;Q太大则读卡距离缩短。Q一般取35较好。为提高生产一致性，降低调试难度，PCB采用多层板设计，并通过叠层阻抗控制，精细设计矩形天线的电感和阻抗，同时模拟电路的电阻采用1%精度的贴装型号，电容采用低温度系数、低温飘、1%精度、NPO介质的贴片电容。