RFID电子标签A型卡的防碰撞模块设计

RFID电子标签A型卡的防碰撞模块设计

Design of Anticollision Block Used in Type A RFID Electronic Tags

电子科技大学微电子学院   陈志云 王豪才 龚关珍 姜义初

摘　要：本文介绍了A型RFID电子标签防碰撞的工作原理，设计了一种具有防碰撞功能控制逻辑的VLSI结构，并用VHDL语言进行了仿真，用0.35um的CMOS单元库综合后，电路规模5000门左右。目前，已成功应用于电子防伪标签实际项目中。

关键词：RFID；电子标签；防碰撞；IC设计

引言

　　RFID（射频识别）电子标签是一种把天线和IC封装到塑料基片上的新型电子卡片。它具有数据存储量大、无线无源、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁和安全防伪等特点。它是近几年发展起来的新型产品，是未来几年代替条形码走进“物联网”时代的关键技术之一。阅读器（PCD机）和电子标签（PICC卡）之间是通过电磁场感应进行能量、时序和数据的无线传输，如图1所示。但问题是在PCD机天线的可识别范围内，可能会同时出现多张PICC卡，如何准确识别每张卡，这正是A型PICC卡的防碰撞（Anticollision），亦称防冲突技术要解决的关键问题。

A型卡防碰撞的工作原理

　　A型PICC卡采用了ISO/IEC14443系列协议，配合PCD机来共同实现防碰撞的快速交互通信。为了从多张PICC卡中快速识别出一张来单独进行通信，A型卡采用了位碰撞监测协议来实现防碰撞过程，即阅读器对卡返回的唯一识别号（即UID）数据帧中的每一位来进行冲突监测。当多张A型PICC卡在同一时刻向PCD机传送UID数据帧时，一定会在同时返回的某一位上有不同的位值，根据Manchester编码规则，如果这一位的正负边沿抵消了，由PCD机没法识别的该数据位即为碰撞位。碰撞位监测到后马上启动防碰撞过程，PCD机主动地发出一系列命令数据帧（即下传数据），主要是ANTICOLLISION命令和SELECT命令，PICC卡被动地响应每一条指令（即上传数据）完成交互的会话过程。

　　对于ANTICOLLISION命令，如果PICC卡本身固有的UID CLn和命令中所带的UID CLn数据位相等，则发送UID CLn的其余位，否则不发送响应。根据协议规定ANTICOLLISION命令（即第1部分：下传数据）和PICC卡的响应（即第2部分：上传数据）组合成一个防碰撞帧。而且防碰撞帧的数据位总数为56位；16下传数据位数55；1上传数据位数40。防碰撞帧举例如图2所示。由于56位的防碰撞帧可以在任意位置上分开，因此有两种情况：1.在一个完整的数据字节之后分开，则在第1部分的最后一个数据位之后有一个校验位；2.在一个数据字节内分开，则在第1部分的最后一个数据位之后不加校验位。情况1和情况2的不同分开方法如图2所示。

对于SELECT命令，如果PICC卡内固

有的UID CLn和命令中的UID CLn相等，则发送SAK帧，否则不发送响应。

防碰撞模块的设计

引脚定义

防碰撞模块的外部信号引脚定义及其在卡中与其它模块的连接图如图3所示。

防碰撞模块外部信号定义的VHDL代码如下：

entity ANTICOLLISION_BLOCK is

port

（clk: in std_logic;—时钟信号

reset: in std_logic; —复位信号

rxd: in std_logic; —外部数据串行输入

active: in std_logic; —外部数据输入的状态

csn_fb: in std_logic_vector(7 down to 0);

—来自ROM的并行数据

csn_full: in std_logic;

—ROM接口中的输出Latch“满”

Rd_csn: out std_logic；—允许读ROM

txd: out std_logic; --数据串行输出

Txd_active: out std_logic--数据输出的状态

);

end ANTICOLLISION_BLOCK;

模块划分

　　防碰撞模块主要分为4个部分：数据接收模块（A）、读ROM模块（B）、数据比较模块（C）、发送模块（D），如图4所示。A的作用是：接收PCD机发送的命令信号，从rxd引脚串行输入后对每个字节进行校验，并进行串并转换，按字节逐个存入7个Latch中；B的作用是：从ROM接口模块中读出卡内固有的UID CLn，按字节存入4个Latch后，计算UID CLn的4个字节的异或值（即卡的BCC字节），并存入锁存器。C和D的作用是：比较PCD机命令中的UID CLn和卡的UID CLn，并根据比较结果决定是否输出响应。如果比较结果相同，则根据命令的类型(ANTICOLLISION命令或SELECT命令)从txd引脚串行输出不同的响应数据。由于篇幅所限，后面主要介绍数据的发送模块是如何设计实现的。

发送模块的设计