Philips公司的MF RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持ISO14443A所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动操作近距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速CRYPTOI加密算法，用于验证Mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。MF RC500可方便的用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。

MF RC500内部包括并行微控制器接口、双向。FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF RC500的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线(包含读写信号和中断等)和电源等。MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出,为连接各种MCU提供了很大的灵活性。即使采用成本非常低的器件也能满足高速非接触式通信的要求。数据处理部分执行数据的并行—串行转换。支持的帧包括CRC和奇偶校验。MF RC500以完全透明的模式进行操作．因而支持IS014443A的所有层。状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响,并将性能调节到最佳状态。当与Mifare Standard和Mifare通信时,使用高速CRYPTOI流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。模拟电路包含一个具有阻抗非常低的桥驱动器输出的发送部分。这使得最大操作距离可达100 mm，接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号

MFRC500是Philips公司生产的高集成度TYPE A读写器芯片.其主要性能如下:

载波频率为13.56MHz;

集成了编码调制和解调解码的收发电路;

天线驱动电路仅需很少的外围元件,有效距离可达10cm;

内部集成有并行接口控制电路,可自动检测外部微控制器(MCU)的接口类型;

具有内部地址锁存和IRQ线,可以很方便地与MCU接口.

集成有64字节的收发FIFO缓存器;

内部寄存器,命令集,加密算法可支持TYPE A标准的各项功能,同时支持MIFARE类卡的有关协议.

数字,模拟,发送电路都有各自独立的供电电源.

基于以上特点,用MF RC500极易设计TYPE A型卡的读写器,可广泛用于非接触式公共电话,仪器仪表,非接触式手持终端等领域.

MF RC500为32脚SO封装,需说明的是:某些引脚(带*号)依据其所用MCU(微控制器)的接口情况具有不同功能.

3 工作原理

MF RC500的内部电路框图如图1所示,它由并行接口及控制电路,密钥存贮及加密算法?Cypto1 ,状态机与寄存器,数据处理电路,模拟电路?调制,解调及输出驱动电路等组成.

3.1 MF RC500寄存器设置

MF RC500芯片的内部寄存器按页分配,并通过相应寻址方法获得地址.内部寄存器共分8页,每页有8个寄存器,每页的第一个寄存器称为页寄存器,用于选择该寄存器页.每个寄存器由8位组成,其位特性有四种:读/写(r/w) ,只读(r),仅写(w)和动态(dy).其中dy属性位可由微控制器读写,也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值.

微控制器MCU通过对内部寄存器的写和读,可以预置和读出系统运行状况.寄存器在芯片复位状态为其预置初始值.了解内部寄存器的设置对于软件编程至关重要.

3.2 并行接口

MFRC500芯片可直接支持各种微控制器(MCU),也可直接和PC机的增强型并行接口(EPP)相连接,每次上电(PON)或硬启动(Reset)后,芯片会复原其并行接口模式并检测当前的MCU接口类型,通常用检测控制引脚逻辑电平的方法来识别MCU接口,并利用固定引脚连接和初始化相结合的方法实现正确的接口.图2给出了相应的连接接线图.

3.3E2PROM存贮器

MFRC500的E2PROM共有32块,每块16字节.E2PROM存贮区分为四部分:第一部分为块0,属性为只读,用于保存产品的有关信息;第二部分为块1和块2,它们具有读/写属性,用于存放寄存器初始化启动文件;第三部分从块3至块7,用于存放寄存器初始化文件,属性为读/写;第四部分从块8至块31,属性为只写,用于存放加密运算的密钥,存放一个密钥需要12字节,E2PROM密钥存放区共可存放32个密钥,实际密钥长度为6字节,存放在紧邻的12个E2PROM字节地址中.一个密钥字节的8位必须分开存放,若设密钥8位为K7,K6,……K0,则存放在两个相邻字节时为k7k6K5K4K7K6K5K4和K3K2K1K0K3K2K1K0,例如密钥字节为A0H时,则存放内容为5AH,F0H两个字节.

3.4 FIFO缓存

8*64位的FIFO用于缓存微控制器与芯片之间的输入/输出数据流.可处理数据流长度达64字节.FIFOData寄存器作为输入/输出数据流的并/并转换口;FIFOLength寄存器用于指示FIFO缓冲器的字节存储量,写时增量,读时减量;FIFO缓冲器的状态?如空,溢出等 可由寄存器PrimaryStatus,FIFOLev-el的相关位指示;对FIFO的访问则可通过微控制器送出有效命令来实现.

3.5 中断请求

芯片的中断请求有定时设置到,发送请求,接收请求,一个命令执行完,FIFO满,FIFO空等六种.0页寄存器InterruptEn的相应位?读/写属性 用于相应中断请求使能设置;InterruptRq的相应位?dy属性 用于指示使能情况下的相应中断出现.任何允许中断产生时,0页寄存器PrimaryStatus的IRQ位?r属性 可用于指示中断的产生,同时可由引脚IRQ和微控制器进行连接以产生中断请求信号.

3.6 定时器

MFRC500内有定时器,其时钟源于13.56MHz晶振信号,13.56MHz信号由晶振电路?外接石英晶体 产生.微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理.定时器可用于定时输出计数,看门狗计数,停止监测,定时触发等工作.

3.7 模拟电路

a. 发送电路

RF信号从引脚TX1和TX2输出可直接驱动天线线圈.调制信号及TX1,TX2输出的射频信号类型?已调或无调制载波 均可由寄存器TxControl控制.

b. 接收电路

载波解调采用正交解调电路,正交解调所需的I和Q时钟?两者相差为90° 可在芯片内产生.解调后由所得副载波调制信号要经放大,滤波相关器,判决电路进行副载波解调,其中放大电路的增益可由寄存器RxControl的设置来控制.

3.8 串行信号开关

串行信号开关用于桥接芯片数字电路和模拟电路两部分,两部分电路的输入/输出和外部应用所需的输入/输出可以灵活组合.这种组合可借助MFIN和MFOUT引脚和相关寄存器来控制实现.

MFIN可输入曼彻斯特码,带副载波的曼彻斯特码,并由寄存器RxControl2的设置选择送至解码器.若输入的是修正密勒码,则由寄存器TxControl设置选择送至发送通道的调制器.

MFOUT引脚上可输出曼彻斯特码,带副载波的曼彻斯特码,NRZ码,修正密勒码以及测试信号,具体可通过寄存器MFOUTSelect的不同设置来选择.

3.9 命令设置

MC RF500的性能由内部状态机保证,状态机可以完成命令功能.寄存器Command的相应位存贮R 命令码?属性为dy 可用于启动或停止命令执行.命令大多可由写入相应命令码至Command寄存器实现,其所需变量和数据主要由FIFO缓冲器交换.

3.10认证与加密

Mifare类产品中加密算法的实现被称之为CRYPT01,它是一种密钥长度为48bit的流密码.要访问一个Mifare类卡的数据,首先要完成认证,Mi-fare卡的认证采用三次认证的过程?若需了解三次认证过程,请参阅参考文献,这个过程可由自动执行Authbent1和Authbent2命令来实现.

4典型应用

MF RC500的典型应用电路如图3所示.这里仅介绍其天线回路.图3中,L0C0为低通滤波器,用于滤除13.56MHz的谐波分量,L0可选2.2mH,C0可选47pF.L是天线线圈,C1,C2a,C2b则组成匹配电路.典型参数值为:

L=1μH,C1=27pF,C2a=270pF,C2b=270pF.

C3?15pF 主要用于耦合卡负载调制信号,R1,R2为分压器,VMID引脚的电压可为Rx引脚提供一个参考电位.R1阻值为10kΩ,R2为820Ω.