Rozhodneme-li se pro stavbu vlastní čtečky, je asi nejjednodušším způsobem jak zařízení postavit, použití některého k tomu určeného monolitického integrovaného obvodu, například TagReader Asic.
Charakteristika obvodu
- Integrovaný systém fázového závěsu přizpůsobí kmitočet nosné rezonanci antény
- Budič antény pro napájení a datový přenos transpondéru (identifikačního čipu)
- Amplitudová modulace (OOK) pro použití se zapisovatelným transpondérem
- Dvoukanálový demodulátor anténního signálu modulovaného transpondérem
- µC rozhraní pro komunikaci s mikroprocesorem
Základní vlastnosti
Zdroj hodinového signálu : Interní nebo externí - Frekvenční rozsah : 100kHz až 150kHz
- Napájecí napětí : 4,1-5,5V
- Spotřeba : max. 400mA, 1µA ve Sleep mode
- Teplotní rozsah : -40 to +85°C
- Pouzdro : SO16
- Přímé buzení antény
- Data vysílaná dle OOK (100% Amplitudová modulace)
- Možnost duplexní komunikace (současný příjem i vysílání)
- Dvoubodová demodulace
- Napájení slučitelné s USB
Typické použití
- Identifikace osob
- Přístupové systémy
- Autoimobilizéry
Popis obvodu Tag Reader
Náhradní schéma přenosového rozhraní
TagReader Asic je CMOS hybridní obvod pro komunikaci s RFID transpondéry pracujícími na kmitočtu 125kHz, vybavený interfacem pro komunikaci s mikroprocesorem. Kromě funkce čtečky nabízí také možnost zápisu do identifikačních čipů, pochopitelně pokud tyto jsou takové činnosti schopny. Čtečka s obvodem TagReader navíc vyžaduje pouze minimální množství externích součástek.
Činnost zařízení je řízena 8bitovým konfiguračním registrem, který je zapisovatelný přes sériové rozhraní z řídícího mikroprocesoru.
Blokové schéma obvodu Tag Reader Asic
Rozložení vývodů Tag Reader Asic spolu se základním zapojením obvodu
Rozložení vývodů Tag Reader
| Pin | Symbol | Description |
|---|---|---|
|
1
|
VSS | negative supply voltage |
|
2
|
ANT1 | antenna driver output |
|
3
|
DVDD | positive supply voltage for antenna driver |
|
4
|
ANT2 | antenna output |
|
5
|
DVSS | negative supply voltage for antenna driver |
|
6
|
VDD | positive supply voltage |
|
7
|
DEMOD_IN | receiver input analog |
|
8
|
CDEC_OUT DC | locking capacitor connection "out |
|
9
|
CDEC_IN DC | locking capacitor connection "in |
|
10
|
CLK | µC interface, serial clock input |
|
11
|
IN | µC interface, serial data input, modulation pin |
|
12
|
OUT | µC interface, serial data output, clock reference |
|
13
|
CAGND | Analog ground |
|
14
|
CDC | DC decoupling capacitor |
|
15
|
CF | PLL loop filter capacitor |
|
16
|
EC | external clock |
Provozní hodnoty
| Parametr | Symbol | Min. | Typ. | Max. | Unit |
|---|---|---|---|---|---|
| Operating junction temperature | TJ | -40 | +110 | °C | |
| Supply voltage | VDD | 4,1 | 5,0 | 5,5 | V |
| Antenna circuit resonance frequency | FRes | 100 | 125 | 150 | kHz |
| Q of antenna circuit | 10 | ||||
| Current through ANT1 and ANT2 pins, continuous wave | IAnt | 250 | mAP | ||
| Current through ANT1 and ANT2 pins, duty cycle 20%, tON max. 400ms | IAnt | 400 | mAP | ||
| Thermal resistance of SO16, soldered on 1,5mm FR4 board with 35µm cooper, standard footprint | RthJA | 69 | 70 | 71 | K/W |
Maximální hodnoty
| Parametr | Symbol | Condition |
|---|---|---|
| Storage temperature | TStore | -55°C ÷ +125°C |
| Maximum voltage at VDD | VDDmax | VSS + 6V |
| Minimum voltage at VDD | VDDmin | VDD - 0,3V |
| Maximum voltage at other pins | Vmax | VDD + 0,3V |
| Minimum voltage at other pins | Vmin | VSS - 0,3V |
| Maximum junction temperature | TJmax | +125°C |
| Electrostatic discharge according to MIL-STD-883C method 3015 (pins ANT1 and ANT2), 100pF with 1,5kohm series resistance referenced to VSS | VESD Ant | 10kV |
| Electrostatic discharge according to MIL-STD-883C method 3015 (other pins), 100pF with 1,5kohm series resistance referenced to VSS | VESD | 4kV |
| Maximum Input/Output current for each pin except VDD, VSS, DVDD, DVSS, ANT1, ANT2 | IImax/Omax | 10mA |
| Maximum AC peak current for ANT1 and ANT2 pins @ 100kHz, 50% duty cycle | IANTmax | 400mAp |
Použití obvodu
Znázornění komunikačních průběhů
Zapojení s datovou komunikací po jediném vodiči
Podrobný popis komunikace a nastavovacích bitů naleznete v katalogových a aplikačních listech, které si můžete stáhnout ve formátu PDF.
Návrh antény
Anténa se pro budič chová jako rezonanční obvod který má vlastní kapacitu, indukčnost a odpor které charakterizují její vlastnosti. Rezonanční kmitočet je dán vztahem:
Činitel jakosti lze jistit z :
Do velikosti hodnoty R je nutné zahrnout nejen vlastní stejnosměrný odpor anténní cívky, ale i ztráty vířivými proudy vyvolané blízkými vodivými materiály nebo skin efektem a i výstupní odpor budiče. Ten lze zjistit z katalogového listu obvodu jako RAD. Další vztahy pro výpočet antény:
Anténa musí mít takové vlastnosti aby budící stupeň Tag Reader nebyl přetěžován vyššími proudy, než které jsou povolené podle katalogových údajů při daném režimu provozu. Jde o to zda se jedná o provoz s trvalým signálem nebo pulzním. Rovněž je nutné dbát na to aby nebyla překročena povolená výkonová ztráta, což by mělo za následek stoupnutí teploty čipu se všemi negativními důsledky.
Pro dosažení velkého čtecího dosahu je nutný co největší magneticky tok antény. Ten je přímo úměrný proudu a počtu závitů ale nepřímo úměrný indukčnosti.
Grafické znázornění vztahu mezi Q a špičkovým proudem antény. Parametr indukčnosti je v řadě 200 µH, 500 µH, 1 mH, 2 mH, a 5 mH od shora dolů.
Protože pro komunikaci potřebujeme jistou minimální šíři pásma nelze jakost Q příliš zvyšovat. Jako optimální se jeví hodnoty mezi 10 až 15.
Rovněž je vhodné pracovat raději s nižšími indukčnostmi a vyššími proudy, protože pak získáváme nižší rezonanční napětí. To přináší menší nároky na použité součástky a i usnadňuje modulaci.
Nejčastěji používaným materiálem pro antény bývá měď i když její vodivost je silně tepelně závislá, což má vliv na změny činitele jakosti. Pro zmenšení vlivu těchto změn je možné do série s anténou zařadit teplotně stabilní rezistor.
Není-li antenní smyčka umístěna na stejné desce spojů jako čip, je vhodné aby vzdálenost nabyla větší než 0,5m. Jinak je nutné použít stíněné vedení, při čemž s rostoucí délkou stoupají nároky na vf vlastnosti kabelu, zejména teplotní stabilitu parametrů. V každém případě ale stoupá nebezpečí průniku rušivých signálů, což může omezit kvalitu a spolehlivost čtení. Aby se tyto problémy omezily je proto při větších vzdálenostech účelné použít vhodný typ aktivní antény.
Podrobný popis návrhu antény naleznete v katalogových a aplikačních listech, které si můžete stáhnout ve formátu PDF.
obchod.HW.cz ->
Demonstrační kit Tag Reader Asic
K obvodu TagReader lze také získat demonstrační kit připojitelný k paralelnímu portu PC, součástí jehož dodávky je také CD se programem pro testování a vývoj aplikací s tímto obvodem.
Schéma demonstračního kitu spolu s vyobrazením skutečného provedení.
DOWNLOAD & Odkazy
- Domovská stránka Elatec - www.elatec.cz
- Více o bezkontaktní identifikaci - Bezkontaktní identifikace
- Katalogový list TagReader Asic - tagreader_verc.pdf
- Application note TagReader Asic - tagreader_appnote_verd.pdf
- Manuál k vývojovému kitu s TagReader Asic - tagreader_demo_kit.pdf
- TagReader Description - tagreader_description.pdf
- Čtečka karet pro bezkontaktní identifikaci ID-12 Picomax
- Objednat TagReader Asic - 305Kč včetně DPH
- obchod.HW.cz - Další produkty pro bezkontaktní identifikaci
