512位读/写多用途非接触式识别装置
译者：杭州电子科技大学 杨四郎
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概述
EM4205/4305是CMOS集成电路，主要用于电子射频读写应答器，它适用于低代价的动物标签应用的解决方案。这款芯片的通信协议与EM4469/4569系列兼容。
EM4205与EM4305最主要的区别如下： ◆ EM4305为两个线圈输入增大了凸起的焊盘，EM4305的这个加大的凸起焊盘用于直接与天线相连，从而避免了需要使用一个模块。
◆ EM4305提供了一个330p的谐振电容。 这款芯片通过外部线圈与内部集成电容一起组成的谐振电路，从连续的125kHz磁场中获取能量启动。芯片从内部的EEPROM中读出数据，并通过与线圈并联的负载电阻的开断产生深幅调制，将数据发送出去。通过对125kHz磁场的幅度调制，可以执行各种命令并更新EEPROM中的数据。
EM4205/4305支持双相编码和曼彻斯特编码。
EM4205/4305的运行模式储存在EEPROM的
2013
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配置字中。通过设置保护位，所有的EEPROM字都可以被写保护。
这款芯片包含了工厂编程的32位唯一识别码（UID）。
特点
◆ 16个32位的数据块组成512位
EEPROM
◆ 32位的唯一识别码（UID） ◆ 32位的密码读写保护 ◆ ISO11784/11785标准兼容 ◆ 可以将EEPROM锁定于只读状态 ◆ 两种数据编码方式：曼彻斯特和双相 ◆ 多种数据率：8,16,32,个RF时钟 ◆ 读卡器（reader）先发话特点 ◆ 通信协议与EM4469/4569系列兼容 ◆ 100到150kHz的频率范围 ◆ 芯片自带整流器和限压器 ◆ 无需提供外部电容 ◆ ﹣40℃到+80℃的温度范围 ◆ 非常低的功耗
◆ 增大的焊点（200μm×400μm）直接
连接线圈（EM4305）
◆ EM4205：2个谐振电容210pF或250pF
可掩膜选择，谐振电容可以做到工厂 级，容忍3%的精度误差
◆ EM4305：3个谐振电容210pF、250pF
或330pF可掩膜选择
应用
◆ 根据ISO FDX-B 用于动物识别 ◆ 鸽子的比赛标准 ◆ 废料管理标准 ◆ 门禁控制 ◆ 工业
绝对最大额定值
Vss=0V
表1
超出上述所列的最大额定值将会导致器件永久性的损坏，超出特定的工作条件可能会影响器件的可靠性或导致故障。
应该注意电路暴露在阳光下的情况。该电路的电气参数和功能将会随着阳光强度而改变，功能得不到保证。
操作程序
典型的运行配置
图1
该芯片内置保护措施，防止高静电电压和电场。然而，尽管该器件由此独特的性质，必须要和其他CMOS器件一样有抗静电措施。除非另有说明，要不然只有所有终端电压都在供电电压范围内才能正确运行。
运行条件
Vss=0V
表2
注意：最大电压值是在Coil1—Coil2上电流为10mA时决定的
电气特性
表3
Note1：谐振电容的微调只对于EM4205，在没有微调谐振电容的情况下，其与EM4305有
相同的容差范围。
Note2：统计显示一个晶片内电容变化为±3%。 Note3：330pF谐振电容只有EM4305才有效。 Note4：基于150℃，1000小时。
时序特性
VDD=2V, VSS=0V, fCOIL1=125kHz方波，VCOIL1=4Vpp，Top=25℃， 数据率fRF /32，双相编码，除非其它特定情况
表4
数据解压器时序（tMONO）
图2
收发器磁场幅度被调制（field stop）传送数据到EM4205/4305，数据解压器检测到天线端信号存在的时间周期长过TMONO。请注意，磁场停止时间必须要TMONO。在上图中，当调制器关断时，磁场是停止的。第二个信号是内部时钟信号，它一直被解压至逻辑模块，直到线圈COIL1—COIL2之间的信号低于1Vpp。第三个信号是时序，向芯片的逻辑模块表明检测到了一个停止场。停止场检测时间至少是在线圈电压解压出最后一个时钟之后的TMONO时间内。收发器磁场停止长度取决于应答器的品质因数Q。第一个停止场时间必须较长（18~22RF），因为它可能发生在芯片的调制器关断的时候。
上电初始化（tPU）
图3
当供电电压上升到上电复位（POR）门槛电压后，逻辑模块读配置字，接着进入默认读模式，
tPU是指收发器产生磁场到默认读模式开始的时间。
组成框图
功能描述
该IC是通过内部集成的整流器来供电，当它被放置在磁场中时，内部直流电压开始上升。
只要供电电压比上电复位门槛电压低，该电路就处于复位模式以防止不可信的操作。在这种模式下，调制器是关闭的。
当供电电压超过门槛电压，该电路就会读取配置字，然后根据读取的配置字进入默认读
状态。在配置字读出期间，调制器也是关闭的。
当该IC运行在默认读模式，它会检查线圈信号以检测可能来自读卡器（reader）的命令。在读卡器磁场停止时间超过TMONO的情况下，它会打断默认读模式，并且期待读卡器给它发送命令。如果检测到一个有效的命令模式，那么该命令会被执行。执行完命令后，芯片又进入默认读模式。
DC电压被检测到并产生一个信号将逻辑模块复位。提供上电复位也可以确保芯片将会处理正确的数据。提供延时是为了避免在电平下不合宜的操作。
模块描述
供电模块
该模块集成了一个AC/DC转换器，从附带的射频场中提取直流电压。同时它也是一个限幅器，可将线圈端电压钳住，以避免在强磁场中芯片被损坏。
上电复位（POR）
当接有线圈的EM4205/4305放到电磁场中，内部的AC/DC转换器就会给芯片提供电压。
时钟解压器
时钟解压器产生系统时钟，其频率和射频磁场的频率相适应（fRF），时序发生器利用系统时钟来产生所以内部时序。 数据解压器
收发器（读卡器）产生磁场，其幅度被调制来发送数据给EM4205/4305，数据解压器可以探测到解压时钟的存在时间长过TMONO。 调制器
数据调制器是由逻辑模块驱动的，当调制器打开（ON），它将消耗线圈两端大的电流，这样幅度就调制了射频磁场。
控制器控制IC的状态，其主要状态是：关电状态（供电低于POR），上电初始化，默认读模式，命令处理。
配置寄存器
上电时，当供电电压高于POR门槛值，EEPROM里面配置字的内容会发送到配置寄存器，并由此决定IC的默认运行模式。
时序发生器
时序发生器从时钟解压器获得时钟信号，产生数率时钟和其它模块工作所需的的时序信号。数率是由存储在配置字中的‘n’值来决定的。
逻辑模块
逻辑模块由多个子模块组成，下面对其一一描述。 控制器
编码器
编码器在一系列NRZ数据发送调制器之前将其编码。有两种编码方式可选：曼彻斯特编
码和双相编码。 （UID），它只能被读命令访问。
word2是32位密码。密码只能在成功登入命令之后被修改。
word3是用户自由字，类似word0，可以存储用户特定信息。
word4是配置字，决定IC运行模式和选择。
word5~word13是用户自由字（共288位），它们可以作为默认信息的一部分。
word14~word15是用来保护word0~word13不被写命令改变。
命令解码器
命令解压器检测数据解压器的输出，当检测到一个停止场（field stop），它使控制器进入命令处理状态并且对流入的数据进行解码。
EEPROM组成
512位的EEPROM由16字组成，每字32位。 EEPROM字的编码是0 ~ 15。
每个字里面的位的编码是0~31。通常采用低位在前的原则。
word0是工厂编写的内容，包括：芯片类型，谐振电容版本，客户码，或者它也可以被用户重新写入其它数据。由于这个字不是默认信息的一部分，所以它可以用于存储一些有用信息，这些信息只能被读字命令来访问。
word1包括IC工厂写入的唯一识别码
字类型 RA ：只能读 RW ：可读可写 WO ：只写
RP ：只能用读和保护命令
Word 0的组成
word0是工厂写入的以下信息：
◆ 芯片类型：固定的4位数字表明芯片家
族中兼容的型号。
◆ 内置电容值：210pF，250pF，或者330pF ◆ 10位客户码
word0可以被用户重新写入。 芯片类型
word0的位ct1到ct4表明芯片家族中兼容的型号。
谐振电容
位ct5到ct6表明谐振电容值。
客户码
位ct9到ct18用作客户码。默认的客户码是00（十六进制即0x200），最左位是ct18。 位ct0，ct7和ct9到ct31保留作将来用，初始设置为0。
Word 1：唯一识别码
word1是工厂写入32位的唯一识别码
Word 2：密码
在登入命令期间，必须将32位密码发送给EM4205/4305，以使能密码保护操作。 密码不能用读命令读出。
Word 4：配置字
配置字用来决定器件运行模式和选择，例如：编码方式、延迟时间、登录保护。
co0~co5： 数据率
位co0到co5决定了数据率，EM4205/4305用该数据率发送数据到读卡器（在只读模式下）。数据率对两种数据编码方式都有效：
双相编码和曼彻斯特编码。
Note1：RF/40的数据率只有在EM4305-330pF
版本时才有效。RF/40数据率与曼彻斯特和双相编码有关。
co6~co9：编码方式
位co6到co9决定了EM4205/4305发送数据到读卡器（在只读模式下）的编码方式。
co10： NOT USED 这一位必须设为逻辑0。
co11：NOT USED 这一位必须设为逻辑0。
co12~co13： 延时时间
