频率为13.56MHz的读写器芯片SLF9000
 

摘要：SLF9000是读写器PCD的专用芯片，它符合ISD14443标准，而且既适用于接口标准TYPEA，也适用于接口标准TYPE V。文中对SLF9000的工作原理，性能和应用作了介绍。

关键词：非接触IC卡 PCD TYPE A TYPE B SLF9000

    ISO14443标准制定了非接触式射频卡（PICC）和读写器（PCD）之间进行数据交换的接口标准TYPE A和TYPE B。随着非接触智能卡研究、开发和应用的发展，对读写器（PCD）的需求也不断增长，不少厂家都研制了用于PCD的专用芯片，以使PCD的设计更为便利。PCD的知名芯片是MCM200/MCM500读写模块，MCM是Mifare core Module的缩写，意为Mifare核心模块，这两款PCD读写芯片主要用于采用TYPE A接口标准的Mifare 1卡片的读写。本文介绍的PCD专用芯片SLF9000是Infineon公司的产品，它既能用于TYPE A，也可用于TYPE B型IC卡的读写。

1 SLF9000的主要特性及引脚功能

1.1 SLF9000的主要特性

SLF9000的主要特性如下：

*载波频率为13.56MHz；

*数据率为106kbps；

*支持ISO14443标准协议；

*帧长可达128字节；

*硬件支持TYPE A防冲突协议；

*具有128字节的数据收发FIFO缓冲器；

*发送错误检测采用16位CRC码；

*支持TYPE A和TYPE B的编解码规范。

1.2 引脚功能

SLF9000采用PLCC封装。它有44个引脚，引脚排列如图1所示，各引脚的功能列于表1。

表1 SLF9000引脚功能表

引脚号
 符  号
 功能描述
 
8
 DVDD
 数字电源电压（+3.3/5V）
 
9,31,37
 DVSS
 数字地
 
40
 nRES
 Reset输入，低有效
 
35
 XTAL0
 13.56MHz晶振振荡信号或外方波振荡信号输入
 
36
 XTAL1
 晶振驱动输出，若用外部振荡器，应使其开路
 
33
 COUT
 时钟输出（13.56MHz），用于模拟接口电路
 
39
 CDIV
 13.56MHz时钟被2或3分频，分频比由内部寄存器设置
 
29
 nIRQ
 中断输出
 
2
 AnB
 该脚为高电平时为TYPE A，低电平时为TYPE B，输出信号加至模拟接口（AIF），用于选择相应调制方式
 
38
 ERF
 使能射频（RF）信号输出，加至AIF用于对射频信号进行能断控制
 
5
 TXD
 发送输出端，数字基带信号送至AIF
 
30
 TRF
 带有13.56MHz载波的已调数字信号
 
4
 RC
 TYPE B残留载波输出，可直接驱动小射频模块
 
3
 RXD
 来自AIF的解调基带数字信号
 
44
 CD
 冲突检测输出，用于防冲突功能
 
1
 ULD
 接收信号解码后的串行数字输出端
 
6
 DLD
 串行数据输入
 
22
 MPU/nEPP
 该脚为高电平时为MPU接口模式，此时可支持多种接口，如RS-232，RS-422，RS-485，USB，I2C，Firewire，PCI，ISA。该引脚为低电平时，为增强型并口（EPP）模式
 
42,26,25,24,23
 A[4…0]
 5位地址总线（在MPU模式下，为非复用总线方式）
 
10～17
 AD[0…7]
 数据总线，8位。在总线复用方式时，为地址/数据总线
 
28
 UALE
 使用（use）ALE端（输入）。当其为高电平时，选择总线复用MPU接口方式
 
27
 ALE/nAS
 在总线复用MPU模式下，高电平时为地址锁存使能输入。在EPP模式下，引脚为低电平时，锁存AD总线地址
 
43
 nWait
 输出。高电平时表示EPP接口已准备好
 
20
 nWR/nWrite
 在MPU模式中，为写选通输入信号，可由地址线A[4…0]选择相应寄存器，低有效。在EPP模式，低电平时按所选地址写，高电平输入时按所选地址读
 
21
 nRD/nDS
 在MPU模式，为读选通输入端，低电平有效。在EPP模式，为数据选通输入端，AD总线为数据，低电平有效
 
18
 CS
 片选输入端。高电平驱动该引脚时，选中芯片
 
19
 nCS
 片选输入端。低电平驱动该引脚时，选中芯片
 

2 结构原理

    SLF9000读写器（PCD）专用芯片在技术上支持ISO14443标准。它是基于非接触式射频卡（PICC）的模拟接口（AIF）和计算机主机系统之间的链接集成电路芯片，其工作原理框图如图2所示。

    SLF9000芯片的功能可由内部寄存器通过编程来实现。任何读取PICC数据或写进PICC的数据均需通过SLF9000来传递。芯片内部有一个128字节的FIFO（先进先出）队列寄存器，存储的数据在这里等待送往PICC指公定的区域或送往微控制器（MCU）或主计算机（HOST）。送往PICC的数据可根据控制寄存器的设置来添加CRC检验（16位）和奇偶检验位（1位），以进行差错控制，然后根据接口类型进行修正Miller码编码（YTPE A）中NRZ编码（TYPE B），最后将编码数据通过模拟接口（AIF）送至PICC。

    从PICC送往SLF9000的数据在经过模拟接口解调后可送入芯片，芯片内的解码器会按接口类型进行解码（TYPE A为曼彻斯特码，TYPE B为BPSK码）。在冲突检测时，解码数据按TYPE A和TYPE B的防冲突算法进行处理，以选定所读写的PICC，若是所选PICC的数据，可在奇偶校验后将为数据存入FIFO寄存器，以送往主机。

    SLF9000支持外部廉价的模拟接口电路(AIF),并可通过AIF实现载波频率为13.56MHz的TYPE A和TYPE B接口规范的调制和解调。SJF9000可通过内部寄存器提供充分的有关状态信息，如射频接口状态、差错、防冲突以及计数溢出等。

    在和主计算机连接方面，SLF9000可提供两种接口模式：EPP接口和MPU接口。EPP接口是增强型并行接口（Enhanced Parallel Port），主要用于监测和调试，以及一些低成本的使用场合，个人微型计算机（PC机）的并口可以使用这种模式来直接寻址和提供SLF9000内部寄存器的数据（复用8位地址/数据总线）。MPU接口是多种接口的集成解决方案，它包括RS-232、RS-422、RS-485、USB、Firewire、I2C、PCI、ISA等接口和总线协议，因此该模式下和主机的接口形式可多样化，而且能方便地构成多读写器（PCD）系统或单PCD。

    需要说明的是：SLF9000不能由芯片硬件完成安全功能，安全性能应由主机系统提供保证。

3 应用

    从前面的介绍可知，SLF9000芯片可用于链接AIF和主机系统，以达到主机和PICC数据交换的目的。SLF9000和AIF、主机系统的硬件连接如图3所示。SLF9000的功能引脚分为两部分，一部分连接AIF，一部分连接主机系统。

和AIF连接的引脚也分两类，一类和发送通道有关，另一类和接收通道有关。

3.1 发送通道端口

（1）COUT，13.56MHz时钟。对模拟接口来说，这是载波频率信号输入，需将其形成正弦载波，并被数据信号调制，同时应在AIF中产生功率输出给PICC电源，并以负载调制方式建立PCD和PICC之间的通信：

（2）ERF(使能RF)，用于控制AIF中13.56MHz信号的选通；

（3）TXD，数字基带信号，是传向PICC的数据（可加有CRC、奇偶校验位）的修正密勒码或NR2编码信号，在AIF中为调制信号；

（4）TRF，该脚的输出是与TXD引脚上编码数字信号相对应的ASK波形，此时，与其相连的AIF发送通道是一个功率放大电路；

（5）RC，用于TYPE B的残留载波方式，其AIF电路可以相对简单。

    上述5个引脚的使用可根据接口的形式（TYPE A/B）和AIF电路的功能来选用。

3.2 接收通道端口

    在用于接收通道的引脚中，RXD用于向芯片输入经AIF电路解调后的，来自PICC的数据信息，即曼彻斯特码或BPSK数字信号。而引脚AnB则用于控制接口（AIF）电路的调制/解调方式，即TYPE A或TYPE B方式（调制时TYPE A为100％ASK，TYPE B为10％ ASK）。

    其它和微控制器的连接可按表1所列的引脚功能来进行。

    有关软件设计，除了要深入了解芯片内部寄存器的功能及相关指令外，还要熟悉采用PICC的技术性能，限于篇幅，这里不予详述。