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ISO14443单片集成读卡机芯片的设计与研究

陈良生  
【摘要】: 接触式IC卡由于需要通过触点通信,具有容易损坏,通信时间较长等缺点。而非接触式IC卡具有交易时间短,安全,可靠等诸多优点,自20世纪80年代以来,人们一直致力研发无触点的非接触式IC卡。并很快在交通、门禁、金融、物流和身份识别(包括动物识别)等领域取得重大突破和广泛应用。未来还可能出现在诸如公共付费(水、电、媒三表)体育竞技和其他一些我们目前尚无法预知的领域。 读卡机作为IC卡系统的重要组成部分,地位十分重要,近年来,随着非接触式IC卡应用领域的推广,对手持式读卡机的要求越来越多。推动读卡机从分立元件向单片集成方向发展,从单一功能向多功能发展。同时要求读卡机能具备低电压,低功耗等特点。 本文首先简单介绍了IC相关国际标准、IC卡的发展历程;分析了IC卡系统的原理、组成;重点介绍了非接触式IC卡系统的组成和原理,以及非接触式IC卡系统对读卡机在功能和性能上的要求。在此基础上,本着低电压、从低功耗,低成本的设计思路,分析了基于ISO 14443标准的单片非接触式读卡机的设计和实现的可能性。 分析了各种功率放大器的优缺点,在此基础上提出了一种经改进的E类功率放大器作为读卡机发射电路的输出功率放大器;在对常用的解调电路进行仔细研究的基础上,采用了适宜低功耗,低成本,易于在CMOS工艺上集成的用线性时变器件实现的乘法器解调电路作为接收电路的解调器;从产品化的角度入手,对芯片的可靠性,稳定性方、成品率方面进行了细致的分析。对数模混合电路的设计,版图实现,噪声干扰等方面也进行了深入的研究。 基于0.6um标准CMOS工艺,设计并实现了一个基于ISO 14443标准的单芯片非接触式IC读卡机芯片。流片回来的测试结果表明,芯片完全满足设计的预期要求。无论在功能和性能上都能很好满足要求。并充分实现了预期的低电压,低功耗,低成本的要求。和国外同类产品相比也有很好的性能优势。特别是静态功耗远低于国外同类产品(于5uA),特别适合手持机应用领域。


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