Chip EM4095 (trước đây cĩ tên gọi là P4095) là một bộ thu phát cơng nghệ mạch tích hợp CMOS với mục đích sử dụng trong một trạm RFID cơ sở để thực hiện các chức năng sau:
Điều khiển anten với tần số của sĩng mang
Thực hiện điều chế AM để cĩ thể ghi lên transponder
Thực hiện giải điều chế AM của tín hiệu điều chế anten được tạo ra bởi các bộ phát đáp (transponder).
Ngồi ra chúng ta cũng cần biết thêm về các đặc trưng chính của chip RFID:
Cĩ tích hợp hệ thống PLL để tự điều chỉnh được tần số sĩng mang tới tần số dao động anten.
Khơng cần tới thạch anh dao động bên ngồi chỉ yêu cầu phạm vi tần số sĩng mang từ 100 to 150 kHz.
Điều khiển trực tiếp anten sử dụng các bridge driver
Truyền dữ liệu bằng OOK (điều chế biên độ 100%) sử dụng các cầu điều khiển Truyền dữ liệu bằng cách điều chế biên độ với hệ số điều chỉnh điều chế cĩ thể thay đổi được từ bên ngồi bằng cách dùng single ended driver
Hỗ trợ nhiều giao thức transponder thích hợp (Ví dụ: EM400X, EM4050, EM4150, EM4070, EM4170,EM4069….)
Cĩ chế độ “ngủ” tại mức 1μA
Thích hợp với phạm vi nguồn năng lượng USB nên dễ dàng hơn trong thiết kế Reader sử dụng luơn nguồn năng lượng từ đường USB của máy tính.
Chịu được phạm vi nhiệt độ từ 40 tới 85°C Cĩ kiểu đĩng gĩi nhỏ gọn
Dưới đây là sơ đồ kí hiệu các chân đĩng gĩi và mơ tả các chức năng tương ứng của chúng:
Bảng 2.1 Chức năng của các chân trên chip EM4095
Ghi chú: GND: nối đất PWR: nguồn cung cấp ANA: tín hiệu tương tự O: đầu ra
Chip EM4095 thường được sử dụng kèm theo với một khối mạch anten và một vi điều khiển như PIC,8051,...Ngồi ra cũng cĩ thể yêu cầu phải cĩ thêm các thành phần bên ngồi ,như thành phần lọc RF, cảm ứng dịng điện,...
Hoạt động của chip được điều khiển bởi các mức logic của các đầu vào SHD và MOD. Khi SHD là mức cao ‘1’ thì chip đi vào trạng thái “ngủ” ,lúc này dịng tiêu thụ ở mức thấp nhất. Khi SHD là mức thấp ‘0’ thì mạch được kích hoạt để phát xạ trường RF, và nĩ bắt đầu giải điều chế bất cứ tín hiệu AM nào mà nĩ gặp trên anten. Sau khi qua khối giải điều chế AM ,tín hiệu số này được đưa đến chân DEMOD_OUT để tới vi điều khiển nhằm phục vụ cho việc giải mã và xử lý.
Pin Tên Mơ tả chức năng Kiểu 1 Vss Điện áp đất GND 2 RDY/CLK
Cờ trạng thái sẵn sàng và đầu ra xung, điều khiển điều chế AM O
3 ANT1
Điều khiển anten(nối với anten) O
4 Dvđ
Cực dương nguồn năng lượng dùng để điều khiển anten PWR
5 Dvss
Cịn dưới đây là sơ đồ các khối bên trong của chip EM4095:
Hình 2.1 Sơ dồ các khối bên trong chip EM4095
Dễ nhận thấy với chip EM4095 thì các thành phần chính sẽ là các khối tương tự, mà nhiệm vụ của chúng là thự hiện hai chức năng chính của một trạm RFID cơ sở , đĩ là: truyền đi và thu nhận. Cơng việc truyền đi được thực hiện bằng việc điều khiển anten và điều chế biên độ của trường RF. Ở đĩ, anten điều khiển chuyển một dịng vào bên trong trường điện từ được sinh ra bên ngồi anten. Cịn cơng việc thu nhận được thực hiện bằng giải điều chế AM của tín hiệu thu được trên anten phát đi từ thẻ.
Các trình điều khiển : Các trình điều khiển của anten cung cấp năng lượng thích hợp cho anten của trạm cơ sở reader. Chúng cung cấp dịng điện tại tần số cộng hưởng hiện tại mà thơng thường là 125 kHz. Dịng điện được cung cấp bởi các trình điều khiển phụ thuộc vào hệ số chất lượng Q của mạch cộng hưởng ở bên
ngồịChúng ta cần chú ý nên thiết kế mạch anten theo một cách nào đĩ sao cho giá trị lớn nhất của dịng điện tại đỉnh khơng bao giờ được phép vượt quá 250 mẠ
PLL (Phase locked loop) : PLL bao gồm bộ lọc vịng lặp, VCO, và các khối so sánh phạ Bằng cách sử dụng một bộ chia điện dung ở bên ngồi, chân DEMOD_IN của chip sẽ lấy được thơng tin về tín hiệu điện áp cao trên anten trong thực tế. Pha của các tín hiệu này được so sánh với tín hiệu điều khiển bởi các trình điều khiển của anten. Do đĩ PLL cĩ thể chặn các tần số sĩng mang để khơng cho nĩ làm ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của anten. Phụ thuộc vào kiểu anten mà tấn số cộng hưởng của hệ thống cĩ thể là bất cứ giá trị nào trong phạm vi từ 100 kHz tới 150 kHz. Bất cứ khi nào tần số cộng hưởng ở trong phạm vi này thì nĩ sẽ được duy trì bởi PLL.
Khối tiếp nhận: Sự giải điều chế tín hiệu đầu vào cho khối tiếp nhận được thực hiện bởi cảm biến điện áp ở trên anten. Ngồi ra chân DEMOD_IN cũng được sử dụng như là một đầu vào của khối tiếp nhận. Chú ý rằng mức độ tín hiệu trên đầu vào DEMOD_IN phải thấp hơn VĐ-0.5V và cao hơn VSS+0.5V. Mức độ tín hiệu đầu vào đĩ cĩ thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng một khối chia điện kháng ở phía bên ngồị Ngồi ra , điện dung phân chia phải được điều hịa theo một tụ điện cộng hưởng nhỏ hơn. Phương án thực hiện giải điều chế tín hiệu AM mà ta sử dụng ở đây là dựa trên kỹ thuật "Giải điều chế đồng bộ AM".
Khối tiếp nhận bao gồm bộ lấy mẫu và lưu trữ mẫu, bộ loại bỏ thành phần một chiều, bộ lọc dải và bộ so sánh. Điện áp một chiều của tín hiệu trên chân DEMOD_IN được thiết lập bởi AGND bằng một điện trở ở bên trong. Sau đĩ tín hiệu AM được lấy mẫu, việc lấy mẫu được đồng bộ hĩa bởi một xung phát ra từ VCỌ Bất cứ thành phần một chiều nào cũng sẽ được loại bỏ khỏi tín hiệu bằng cách sử dụng tụ điện CDEC. Hơn nữa để lọc bỏ tín hiệu sĩng mang cịn dư thừa, thì các tần số nhiễu cao và thấp phải được tạo ra bởi bộ lọc thơng cao thứ hai và tụ điện CDC2. Tín hiệu nhận được từ bộ khuyếch đại và bộ lọc sẽ được đưa tới bộ so sánh bất đồng bộ. Đầu ra bộ soa sánh là được đệm trên chân đầu ra của chip là DEMOD_OUT.
Tín hiệu RDY/CLK :Tín hiệu này được cung cấp bởi bộ vi xử lý ở bên ngồi với tín hiệu xung sẽ được đồng bộ hĩa với tín hiệu trên ANT1và với thơng tin về trạng thái bên trong của EM4095. Tín hiệu xung đồng bộ với ANT1 cho biết rằng PLL đã được khĩa và thời điểm hoạt động của khối tiếp nhận đã được thiết lập. Khi SHD là mức cao thì chân RDY/CLK bắt buộc phải ở mức điện áp thấp. Sau sự chuyển đổi từ mức cao về mức thấp trên SHD thì khối PLL sẽ được khởi động, và do đĩ khối tiếp nhận lại được khĩa lạị Sau khoảng thời gian TSET thì khối PLL lại được khĩa và thời điểm hoạt động của khối tiếp nhận lại được thiết lập. Tại thời điểm này , cùng một tín hiệu sẽ được truyền tới ANT1và cũng được đặt tới chân RDY/CLK để cho biết rằng bộ vi xử lý cĩ thể bắt đầu giám sát tín hiệu ở trên DEMOD_OUT và đưa ra tín hiệu xung tham chiếu tại cùng thời điểm đĩ. Xung trên chân RDY/CLK là liên tục, nĩ cũng xuất hiện trong suốt thời gian các điều khiển ANT tắt do chân MOD được đặt ở mức caọ Trong suốt khoảng thời gian TSET sự chuyển dịch từ mức cao xuống mức thấp của chân SHD cũng khiến cho chân
RDY/CLK bị “kéo xuống” bởi các điện trở kéo100 kΩ. Đây là một trong những chức năng được thêm vào của chân RDY/CLK trong trường hợp điều chế AM với chỉ số thấp hơn 100%. Trong trường hợp đĩ nĩ được sử dụng như là một trình điều khiển phụ trợ dùng để giữ cho biên độ trên cuộn dây thấp hơn trong suốt quá trình điều chế.
Hình 2.4 Cấu hình EM4095 chế độ đọc/ ghi (với hệ số chất lượng Q của anten cao)
Hình 2.5 Cấu hình EM4095 chế độ đọc/ ghi (điều chế AM)