125KHz RFID读写器的FSK解调器设计

摘   要：本文给出用于125KHz非接触式RFID读写器的FSK解调器电路，可将FSK信号解调为NRZ码，该电路简便实用，可用于RFID芯片中设置的各种FSK调制模式的解调。

引言

很多工作在125KHz载波频率的RFID芯片，如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以将其调制方式设置为FSK方式。若芯片设置为FSK调制方式，那么读写器(PCD)必须具有FSK解调电路。FSK解调电路将FSK调制信号解调为NRZ码。

本文给出一种FSK解调电路，该电路的特点是电路简单可靠，很适宜PCD中应用。

 

FSK调制

工作在125KHz的RFID的FSK调制方式都很相似，图1给出了一种FSK调制方式的波形图。从图中可见，此时数据速率为：载波频率fc/40=125K/40=3125bps，在进行FSK调制后，数据0是频率为fc/8的方波，即f0= fc/8；而数据1是频率为fc/5的方波，即f1= fc/5。

经FSK调制后的传送数据，通过负载调制方式传送到PCD，图1中也给出了射频波形，载波的调制是采用调幅。

 

FSK解调

PCD经载波解调(通常采用包络检波)、放大滤波和脉冲成形电路后，得到FSK调制信号。FSK解调电路完成将FSK调制信号恢复为NRZ码。FSK解调实现方法较多，本文介绍的一种FSK解调电路示于图2，该电路简单方便，可以很好地完成FSK解调。

图2所示电路工作原理如下：触发器D1将输入FSK信号变成窄脉冲，即Q为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时Q为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并重新计数。

4017计数器对125KHz时钟计数, 由于数据宽为40/fc=40Tc(Tc为载波周期 )，若为数据0，FSK方波周期T0=8Tc。当计至第7个时钟数时，Q7输出为高，使CLKen(CLK使能端 )为高，计数器不再计第8个时钟，此时Q7为高，当触发器D1的Q输出端在下一个FSK波形上跳时，触发器D2的Q端输出为低。FSK波形上跳同时也将计数器复零并重新计数。因此，在数据为0的对应FSK波形频率下，触发器D2的Q输出端为低，即为数据0的NRZ码电平。

图2  FSK解调电路

图3  数位0(后跟位1)的解调波形图例

 

在数据1时，由于FSK波形周期T1=5Tc，故计数器4017的Q7引脚始终为低，在这期间触发器D2的Q输出端保持为高，即为数据1的NRZ电平。

数据0的解调波形图示于图3。从图中可见，若0的紧跟位为0，则其位宽为40Tc，若紧跟位为1，其位宽为37Tc，短了三个时钟周期。位1的紧跟位为1，其位宽保持为40Tc, 若其紧跟位为0，则其位宽为43Tc。因此，位值0和1的交错，不会造成位宽误差的传播，而是进行了补偿。±3个时钟误差，不会影响MCU对位判的正确性。

单稳电路产生的上跳变化为触发器D2提供了正常工作的CL端电平，同时也通知MCU此后触发器D2的输出数据有效。单稳电路可采用74HC123，它为可重复触发单稳电路，可以自动启动和关闭该解调器。

RFID芯片中FSK通常有多种模式，如e5551中有四种模式(表1)，该电路上面的分析描述对应的是FSK1a，但对于FSK1，只需将输出端改为触发器D2的Q端即可。若用FSK2，则计数器的输出端改用Q9即可。

对于不同的数据速率，只是位宽不同，不影响解调的结果。

 

结语

该电路简单可靠，已用于水表读头中。