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逻辑分析仪─从入门到精通讲座(12)

逻辑分析仪在RFID中开发的应用

1.引言

通过前几期文章的讲解相信您已经对逻辑分析仪有了一个全面的认识，本期文章将以一

个RFID读卡器的开发为具体的案例介绍如何在逻辑分析仪器的的辅助下定位设计中存在的

问题，从而加速产品的开发进程。

2.RFID简介

RFID即射频识别，随着技术的成熟，RFID系统在越来越多的场合得到了应用，如饭卡、

公交卡、考勤卡等。RFID的国际标准众多，下面以较为常用的ISO14443协议中的TypeA类

型为例进行说明。

基于该协议的读卡器基本原理图1所示，空闲状态下，MCU循环将用于查询射频卡的特

定指令以串行方式送出，通过调制器将其调制到13.56MHz的载波信号，当射频卡靠近读卡

器的LC谐振回路接收到查询指令后，就以负载调制的方式响应读卡器的查询，读卡器对接

收到的信号进行滤波、检波、整形后，提取出基带信号，经MCU解码后得到原始数据。

图1RFID读卡器原理框图

1.1读卡器到射频卡的数据传输

在ISO14443协议的TypeA类型中，读卡器到射频卡数据传输的通信速率为106Kbps

（13.56MHz/128），码元周期为9.4us，调制方式为100%ASK，编码方式为修正密勒码，具

体波形如图1所示。

图2读卡器到射频卡的数据传输波形

起始位：在码元起始处将载波调制2～3us

逻辑0：若码元是起始位后的第一位或码元的前一位是零则在码元的起始处将载波调制

2～3us，否则在整个码元期间不对载波进行调制。

逻辑1：从码元中心开始，将载波调制2～3us。

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结束位：逻辑0加一个码元周期的未调制载波。

无信息：至少两个码元周期的未调制载波。

1.2射频卡到读卡器的数据传输

射频卡到读卡器的数据传输速率也为106Kbps，调制方式为50%ASK，编码方式为曼彻斯

特码。在射频卡到读卡器的数据传输过程中，并不由基带信号直接调制载波信号，而是用

847.5KHz（13.56MHz/16）的副载波信号对载波进行调制，具体波形如图2所示。

图3射频卡到读卡器的数据传输波形

起始位：在码元的前半周期用副载波对载波进行调制。

逻辑0：在码元的后半周期用副载波对载波进行调制。

逻辑1：同起始位

结束位：在整个码元周期内不用副载波对载波进行调制

无信息：无副载波

3.RFID读卡器方案实现

如图1所示，读卡器中的编解码工作都可以由MCU完成，而调制、滤波、检波等模拟

功能则可以用晶体管和阻容元件实现。

空闲状态下，读卡器循环向外发送查询指令，当有兼容的射频卡靠近读卡器并接收到查

询指令后射频卡会以负载调制的方式响应读卡器的查询，此时读卡器LC谐振回路中的信号

波形如图4所示。

(a)射频卡响应后的信号波形(b)滤波后提取出的副载波

图4波形图

在RFID读卡器中，图4(a)所示的信号首先被送入一个无源低通滤波器，滤除13.56MHz

的载波信号，提取出如图4(b)所示的副载波信号，然后对副载波信号进行放大、包络检波、

整形后还原出基带数字信号，将基带信号入MCU即可进行解码。

4.RFID读卡器调试

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读卡器的调试工作主要分为软件和硬件两大部分，硬件部分的难点主要在于滤波器的设

计与调试，软件部分的难点则在于防碰撞算法的调试，这是RFID读卡器设计的精髓所在。

从读卡器的角度来看，防碰撞算法是一种基于收发交互的过程，因此无法使用单步运

行的方式来调试MCU的软件，那么有没有什么工具可以将防碰撞循环中的数据交互过程透明

化，从而准确定位程序中的Bug呢？答案是使用逻辑分析仪。适合这一应用的逻辑分析仪需

要满足三个条件