射频卡基站芯片U2270B的原理及应用

功能符号
功能描述
GND
模拟地
Output
数据输出
OE
数据输出使能
Input
数据输入
MS
共模 / 差分模式选择
CFE
载波使能
DGND
数字地
COIL2
天线驱动 2
COIL1
天线驱动 1
VEXT DVs
外部电源供给 驱动电压
VBatt Standby
电池供电 待机模式控制
Vs
内部电源供给
RF
射频频率调整
HIPASS 高通滤波电容
可以采用汽车用 + 12V 供电，同时具有电压输出功 能，可以给微处理器或其它外围电路供电。
⊕具有低功耗待机模式，可以极大地降低基站 的耗电量。
⊕125kHz 时的典型读写距离为 15mm。 ⊕适用于对 TEMIC 的 e5530 / e5550 / e5560 射频 卡进行读写操作。
图 1 射频卡应用系统的组成
图 3 U2270B 的内部结构框图
图 4 由射频场产生的数据流示意图
的过程，对场的控制可通过控制芯片的第 6 脚（CFE 端）来实现，由射频场产生的数据流如图 4 所示。
由射频卡返回的数据流可采用对射频卡天线的 负载调制方式来实现。射频卡的负载调制会在基站 天线上产生微弱的调幅，这样，通过二极管对基站天 线电压的解调即可回收射频卡调制数据流。应当说 明，与 U2270B 配套的射频卡（e5550 等）返回的数据 流采用的是曼彻斯特编码形式。由于 U2270B 不能 完成曼彻斯特编码的解调，因此解调工作必须由微 处理器来完成，这也是 U2270B 的不足之处。
天线和电容构成的串联谐振回路相连，可以在天线
已经确定的前提下，通过下式来选择适当的电容 C， 以使得谐振频率与基站的工作频率相同。
f 0 = 1 / [ 2π( LC) 1/ 2] 其中：L 为天线线圈的电感量。
C 是与天线串联的电容。 f 0 为谐振频率。 当 L 取为 1. 35mH，f0 为 125kHz 时，电容 C 应 为 1. 2nF。 4. 2 品质因数 Q 对天线传输带宽的影响 在使用 U2270B 作基站的射频卡应用系统时， 如果选择较高品质因数（即 Q 值）的天线，虽然会增 大天线线圈中的电流强度，提高向射频卡传送功率
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了 U2270B 的内部结构、引脚描述和基本功能，给出了 U2270B 的典型应用电路，同时结合工程实践
探讨了使用该芯片时应注意的问题。
关键词：射频卡； 基站； U2270B
分类号：TP333. 5
文献标识码：B
文章编号：1006 - 697（7 2004）01 - 0066 - 03
The Principle and Application of RF Base Station IC U2270B
数据写入射频卡采用场间隙方式，即由数据的 “0”和“1”控制振荡器的启振和停振，并由天线产生
带有窄间歇的射频场，不同的场宽度分别代表数据 “0”和“1”, 这样完成将基站发射的数据写入射频卡
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
表 1 U2270B 引脚功能描述
JIA Zhen-guo , XU Lin， GU Chun-miao Abstract: U2270B is a RF base station IC at 125 kHz frequency , and it is produced by TEMIC semiconductors . The internal structure and pin function of U2270B are described in this paper . At the same time , the application of U2270B and the problem in practical design are introduced . Keywords: RF ; base station ; U2270B
⊕载波振荡器能产生 100kHz ～ 150kHz 的振荡 频率，并可通过外接电阻进行精确调整，其典型应用
频率为 125kHz。 ⊕典型数据传输速率为 5kbp（s 125kHz 时）。 ⊕适用于曼彻斯特编码和双相位编码。 ⊕带有微处理器接口，可与单片机直接连接。 ⊕供电方式灵活，可以采用 + 5V 直流供电，也
射频卡读写器的关键芯片是射频卡基站芯片，
它主要用于完成数据的调制、发射和射频的接收以
2 引脚Baidu Nhomakorabea明与内部结构
2. 1 引脚功能 U2270B 采用 16 脚 SO16 贴片封装形式，引脚定
*吉林省教育厅基金资助项目
射频卡基站芯片 U2270B 的原理及应用
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图 2 U2270B 的引脚定义
由于射频卡在使用中的非接触特点，卡本身工 作所需要的能量需要读写器非接触供给。因此，射 频卡应用系统由射频卡和射频卡读写器两部分构 成，图 1 所示是该应用系统的组成框图。
及数据的解调任务。在众多的射频卡基站芯片中，
先由美国 TEMIC 公司生产 , 后转由 ATMEL 公司生 产的 U2270B 是一种低成本、性能完善的低频（100 ～ 150kHz）射频卡基站芯片，其主要特点如下：
1 引言
近年来，射频卡（即非接触 IC 卡）技术得到了快 速发展，并在电子商务、智能小区、公交管理、身份识 别、安全保卫等诸多领域得到了广泛的应用。在吉 林省教育厅项目“高等学校学生公寓水电监控管理 系统”中，笔者成功地将射频卡与水表和智能电能计 量装置相结合，从而实现了学校用水、用电的定量监 控管理，收到了良好的效果。
4 使用注意事项
4. 1 天线的选择与连接 假定基站天线采用铜制漆包线绕制，天线回路
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《国外电子元器件》2004 年第 1 期 2004 年 1 月
图 5 U2270B 的典型应用电路
的直径 D 远大于漆包线的直径 （d 一般在 1000 倍以 上），此时可以采用下面公式来进行天线参数的设
收稿日期：2003 - 06 - 18 咨询编号：040124
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《国外电子元器件》杂志社 补订及更址启事
值此《国外电子元器件》杂志创办十周年之际，杂 志社全体员工向关心和支持本杂志的新老读者表示 感谢！同时提醒广大读者注意：如在当地邮局错过订 阅时间，可向杂志社直接订阅。
义如图 2 所示，各引脚功能见表 1 所列。 2. 2 U2270B 的内部结构
U2270B 内部由振荡器、天线驱动器、 电源供给电路、频率调节电路、低通滤波 电路、高通滤波电路、输出控制电路等部分组成，其 内部结构框图如图 3 所示。 2. 3 数据的读写过程
通过调整 U2270B 的 RF 引脚所接电阻的大小， 可以将内部振荡频率固定在 125kHz，然后通过天线 驱动器的放大作用，在天线附近形成 125kHz 的射频 场（参见图 1），当射频卡进入该射频场内时，由于电 磁感应的作用，在射频卡的天线端会产生感应电势， 该感应电势也是射频卡的能量来源。
的效率。但是，由于天线的传输带宽与天线的品质
因数 Q 成反比，而过高的 Q 值会明显的缩小天线的 传输带宽，从而导致射频卡的解调困难。因此，使用
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U2270 射频卡基站芯片设计射频卡应用系统时 应综合考虑天线的品质因数。 4. 3 调试过程中的常见问题和解决方法
在调试过程中，经常遇到的问题是从射频 卡接收回来的曼彻斯特编码数据不稳定。理论 上，在射频场范围内无射频卡存在时，从基站天 线回收的信号经过芯片内部的低通滤波和高通 滤波回路时，在 Output 端不应该有脉冲信号输 出，但在实际使用时，经示波器观察发现：Output 引脚总是有 100Hz 左右的不稳定信号输出。当 射频卡进入射频场区域时，用逻辑分析仪捕捉 到的是极不稳定的编码信号，有时甚至无法从 中解调出数据。为此，可对 HIPASS 端的电容进 行调整，同时在该端对地接一个 3MΩ 左右的电 阻，这样，就可以接收到稳定的曼彻斯特编码并解调 出稳定的数据。 对于图 5 所示的应用电路，射频卡与基站的距 离在 15mm 左右时是比较有效的。若想增大读写距 离，可通过增加桥式二极管反馈电路来实现，限于篇 幅，在此不再赘述。 参考文献 [ 1] TEMIC Semiconductors , Read / Write Base Station IC U2270B Data Sheet , 2002. [ 2] 陈大才 . 射频识别（RFID）技术 [ M] . 北京：电子 工业出版社，2001，6 . [ 3]黎连业 . 智能小区九大系统设计与实现 [M] . 北京：科学出版社，2003，3 .
3 典型应用电路
图 5 是采用 U2270B 的短距离紧密耦合型应用 电路，其中微处理器 AT89C4051 用来承担数据的发 射以及回收数据的曼彻斯特解码任务，发射数据由 AT89C4051 控制 CFE 端来实现，接收的曼彻斯特编 码 数 据 则 通 过 基 站 的 Output 引 脚 输 出 给 AT89C4051。在编制发射和接收数据的程序时，必须 严格按照相应射频卡的通信规约来进行。
计： L = N2u0 R ln( 2R / d) 其中：L 为天线回路的电感量。 N 为天线线圈的匝数。 u0 为磁场常数，其值为 1. 257 × 10 -6Vs / Am。 R 为天线回路的半径。 d 是漆包线的直径。 按照图 5 电路，如取 L = 1. 3mH，R = 5cm，d =
0. 21mm，则所需绕制的天线匝数为 116 匝。 将 U2270B 的天线驱动端 COIL1、COIL2 与电阻、
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《国外电子元器件》2004 年第 1 期 2004 年 1 月
⊕新特器件应用
射频卡基站芯片 U2270B 的原理及应用 *
贾振国， 许琳， 谷春苗
( 长春工程学院，吉林 长春 130012)
摘要：U2270B 是由美国 TEMIC 公司生产的、发射频率为 125kHz 的射频卡基站芯片。文中详细介绍