RFID電子標(biāo)簽A型卡的防碰撞模塊設(shè)計(jì)

RFID電子標(biāo)簽A型卡的防碰撞模塊設(shè)計(jì)

Design of Anticollision Block Used in Type A RFID Electronic Tags

電子科技大學(xué)微電子學(xué)院   陳志云 王豪才 龔關(guān)珍 姜義初

摘　要：本文介紹了A型RFID電子標(biāo)簽防碰撞的工作原理，設(shè)計(jì)了一種具有防碰撞功能控制邏輯的VLSI結(jié)構(gòu)，并用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行了仿真，用0.35um的CMOS單元庫(kù)綜合后，電路規(guī)模5000門左右。目前，已成功應(yīng)用于電子防偽標(biāo)簽實(shí)際項(xiàng)目中。

關(guān)鍵詞：RFID；電子標(biāo)簽；防碰撞；IC設(shè)計(jì)

引言

　　RFID（射頻識(shí)別）電子標(biāo)簽是一種把天線和IC封裝到塑料基片上的新型電子卡片。它具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、無(wú)線無(wú)源、小巧輕便、使用壽命長(zhǎng)、防水、防磁和安全防偽等特點(diǎn)。它是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型產(chǎn)品，是未來(lái)幾年代替條形碼走進(jìn)“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。閱讀器（PCD機(jī)）和電子標(biāo)簽（PICC卡）之間是通過電磁場(chǎng)感應(yīng)進(jìn)行能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，如圖1所示。但問題是在PCD機(jī)天線的可識(shí)別范圍內(nèi)，可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多張PICC卡，如何準(zhǔn)確識(shí)別每張卡，這正是A型PICC卡的防碰撞（Anticollision），亦稱防沖突技術(shù)要解決的關(guān)鍵問題。

A型卡防碰撞的工作原理

　　A型PICC卡采用了ISO/IEC14443系列協(xié)議，配合PCD機(jī)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)防碰撞的快速交互通信。為了從多張PICC卡中快速識(shí)別出一張來(lái)單獨(dú)進(jìn)行通信，A型卡采用了位碰撞監(jiān)測(cè)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)防碰撞過程，即閱讀器對(duì)卡返回的唯一識(shí)別號(hào)（即UID）數(shù)據(jù)幀中的每一位來(lái)進(jìn)行沖突監(jiān)測(cè)。當(dāng)多張A型PICC卡在同一時(shí)刻向PCD機(jī)傳送UID數(shù)據(jù)幀時(shí)，一定會(huì)在同時(shí)返回的某一位上有不同的位值，根據(jù)Manchester編碼規(guī)則，如果這一位的正負(fù)邊沿抵消了，由PCD機(jī)沒法識(shí)別的該數(shù)據(jù)位即為碰撞位。碰撞位監(jiān)測(cè)到后馬上啟動(dòng)防碰撞過程，PCD機(jī)主動(dòng)地發(fā)出一系列命令數(shù)據(jù)幀（即下傳數(shù)據(jù)），主要是ANTICOLLISION命令和SELECT命令，PICC卡被動(dòng)地響應(yīng)每一條指令（即上傳數(shù)據(jù)）完成交互的會(huì)話過程。

　　對(duì)于ANTICOLLISION命令，如果PICC卡本身固有的UID CLn和命令中所帶的UID CLn數(shù)據(jù)位相等，則發(fā)送UID CLn的其余位，否則不發(fā)送響應(yīng)。根據(jù)協(xié)議規(guī)定ANTICOLLISION命令（即第1部分：下傳數(shù)據(jù)）和PICC卡的響應(yīng)（即第2部分：上傳數(shù)據(jù)）組合成一個(gè)防碰撞幀。而且防碰撞幀的數(shù)據(jù)位總數(shù)為56位；16下傳數(shù)據(jù)位數(shù)55；1上傳數(shù)據(jù)位數(shù)40。防碰撞幀舉例如圖2所示。由于56位的防碰撞幀可以在任意位置上分開，因此有兩種情況：1.在一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)之后分開，則在第1部分的最后一個(gè)數(shù)據(jù)位之后有一個(gè)校驗(yàn)位；2.在一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)內(nèi)分開，則在第1部分的最后一個(gè)數(shù)據(jù)位之后不加校驗(yàn)位。情況1和情況2的不同分開方法如圖2所示。

對(duì)于SELECT命令，如果PICC卡內(nèi)固

有的UID CLn和命令中的UID CLn相等，則發(fā)送SAK幀，否則不發(fā)送響應(yīng)。

防碰撞模塊的設(shè)計(jì)

引腳定義

防碰撞模塊的外部信號(hào)引腳定義及其在卡中與其它模塊的連接圖如圖3所示。

防碰撞模塊外部信號(hào)定義的VHDL代碼如下：

entity ANTICOLLISION_BLOCK is

port

（clk: in std_logic;—時(shí)鐘信號(hào)

reset: in std_logic; —復(fù)位信號(hào)

rxd: in std_logic; —外部數(shù)據(jù)串行輸入

active: in std_logic; —外部數(shù)據(jù)輸入的狀態(tài)

csn_fb: in std_logic_vector(7 down to 0);

—來(lái)自ROM的并行數(shù)據(jù)

csn_full: in std_logic;

—ROM接口中的輸出Latch“滿”

Rd_csn: out std_logic；—允許讀ROM

txd: out std_logic; --數(shù)據(jù)串行輸出

Txd_active: out std_logic--數(shù)據(jù)輸出的狀態(tài)

);

end ANTICOLLISION_BLOCK;

模塊劃分

　　防碰撞模塊主要分為4個(gè)部分：數(shù)據(jù)接收模塊（A）、讀ROM模塊（B）、數(shù)據(jù)比較模塊（C）、發(fā)送模塊（D），如圖4所示。A的作用是：接收PCD機(jī)發(fā)送的命令信號(hào)，從rxd引腳串行輸入后對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，按字節(jié)逐個(gè)存入7個(gè)Latch中；B的作用是：從ROM接口模塊中讀出卡內(nèi)固有的UID CLn，按字節(jié)存入4個(gè)Latch后，計(jì)算UID CLn的4個(gè)字節(jié)的異或值（即卡的BCC字節(jié)），并存入鎖存器。C和D的作用是：比較PCD機(jī)命令中的UID CLn和卡的UID CLn，并根據(jù)比較結(jié)果決定是否輸出響應(yīng)。如果比較結(jié)果相同，則根據(jù)命令的類型(ANTICOLLISION命令或SELECT命令)從txd引腳串行輸出不同的響應(yīng)數(shù)據(jù)。由于篇幅所限，后面主要介紹數(shù)據(jù)的發(fā)送模塊是如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)