摘要：介绍了高集成度TYPE A读写器芯片MF RC500的内部电路结构，并对其内部寄存器的有关命令及加密算法等功能做了较详细的阐述，最后在此基础上给出了MF RC500的典型应用电路。
本文选自《创新科技》杂志先后15次获得科技部、国家知识产权局、河南省委、省政府等省部级领导批示，35位中国科学院、中国工程院两院院士题词;荣获2009年度、2011年度河南省自然科学一级期刊和一级期刊20佳。还获得中国首届出版政府奖、河南省科学技术进步二等奖等
关键词：TYPE A;读写器;FIFO;命令;CRYPTO1,创新科技
1 引言
MF RC500是Philips公司生产的高集成度TYPE A读写器芯片。其主要性能如下：
●载波频率为13.56MHz;
●集成了编码调制和解调解码的收发电路;
●天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达10cm;
●内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器(MCU)的接口类型;
●具有内部地址锁存和IRQ线，可以很方便地与MCU接口。
●集成有64字节的收发FIFO缓存器;
●内部寄存器、命令集、加密算法可支持TYPE A标准的各项功能，同时支持MIFARE类卡的有关协议。
●数字、模拟、发送电路都有各自独立的供电电源。
基于以上特点，用MF RC500极易设计TYPE A型卡的读写器，可广泛用于非接触式公共电话、仪器仪表、非接触式手持终端等领域。
2 引脚功能
MF RC500为32脚SO封装，需说明的是：某些引脚(带*号)依据其所用MCU(微控制器)的接口情况具有不同功能。
3 工作原理
MF RC500的内部电路框图如图1所示，它由并行接口及控制电路、密钥存贮及加密算法?Cypto1 、状态机与寄存器、数据处理电路、模拟电路?调制、解调及输出驱动电路 等组成。
3.1 MF RC500寄存器设置
MF RC500芯片的内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址。内部寄存器共分8页，每页有8个寄存器，每页的第一个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页。每个寄存器由8位组成，其位特性有四种：读/写(r/w) 、只读(r)、仅写(w)和动态(dy)。其中dy属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值。
微控制器MCU通过对内部寄存器的写和读，可以预置和读出系统运行状况。寄存器在芯片复位状态为其预置初始值。了解内部寄存器的设置对于软件编程至关重要.
3.2 并行接口
MFRC500芯片可直接支持各种微控制器(MCU)，也可直接和PC机的增强型并行接口(EPP)相连接，每次上电(PON)或硬启动(Reset)后，芯片会复原其并行接口模式并检测当前的MCU接口类型，通常用检测控制引脚逻辑电平的方法来识别MCU接口，并利用固定引脚连接和初始化相结合的方法实现正确的接口。图2给出了相应的连接接线图。
3.3 E2PROM存贮器
MFRC500的E2PROM共有32块，每块16字节。E2PROM存贮区分为四部分：第一部分为块0，属性为只读，用于保存产品的有关信息;第二部分为块1和块2，它们具有读/写属性，用于存放寄存器初始化启动文件;第三部分从块3至块7，用于存放寄存器初始化文件，属性为读/写;第四部分从块8至块31，属性为只写，用于存放加密运算的密钥，存放一个密钥需要12字节，E2PROM密钥存放区共可存放32个密钥，实际密钥长度为6字节，存放在紧邻的12个E2PROM字节地址中。一个密钥字节的8位必须分开存放，若设密钥8位为K7，K6，……K0，则存放在两个相邻字节时为k7k6k5k4K7K6K5K4和k3k2k1k0K3K2K1K0，例如密钥字节为A0H时，则存放内容为5AH、F0H两个字节。
3.4 FIFO缓存
8×64位的FIFO用于缓存微控制器与芯片之间的输入/输出数据流。可处理数据流长度达64字节。FIFOData寄存器作为输入/输出数据流的并/并转换口;FIFOLength寄存器用于指示FIFO缓冲器的字节存储量、写时增量、读时减量;FIFO缓冲器的状态?如空、溢出等 可由寄存器PrimaryStatus、FIFOLev-el的相关位指示;对FIFO的访问则可通过微控制器送出有效命令来实现。
3.5 中断请求
芯片的中断请求有定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、FIFO满、FIFO空等六种。0页寄存器InterruptEn的相应位?读/写属性 用于相应中断请求使能设置;InterruptRq的相应位?dy属性 用于指示使能情况下的相应中断出现。任何允许中断产生时，0页寄存器PrimaryStatus的IRQ位?r属性 可用于指示中断的产生，同时可由引脚IRQ和微控制器进行连接以产生中断请求信号。
3.6 定时器
MF RC500内有定时器，其时钟源于13.56MHz晶振信号，13.56MHz信号由晶振电路?外接石英晶体 产生。微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理。定时器可用于定时输出计数、看门狗计数、停止监测、定时触发等工作。
3.7 模拟电路
a. 发送电路
RF信号从引脚TX1和TX2输出可直接驱动天线线圈。调制信号及TX1、TX2输出的射频信号类型?已调或无调制载波 均可由寄存器TxControl控制。
b. 接收电路
载波解调采用正交解调电路，正交解调所需的I和Q时钟?两者相差为90° 可在芯片内产生。解调后由所得副载波调制信号要经放大、滤波相关器、判决电路进行副载波解调，其中放大电路的增益可由寄存器RxControl的设置来控制。
3.8 串行信号开关
串行信号开关用于桥接芯片数字电路和模拟电路两部分，两部分电路的输入/输出和外部应用所需的输入/输出可以灵活组合。这种组合可借助MFIN和MFOUT引脚和相关寄存器来控制实现。
MFIN可输入曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码，并由寄存器RxControl2的设置选择送至解码器。若输入的是修正密勒码，则由寄存器TxControl设置选择送至发送通道的调制器。
MFOUT引脚上可输出曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码、NRZ码、修正密勒码以及测试信号，具体可通过寄存器MFOUTSelect的不同设置来选择。
3.9 命令设置
MC RF500的性能由内部状态机保证，状态机可以完成命令功能。寄存器Command的相应位存贮R 命令码?属性为dy 可用于启动或停止命令执行。命令大多可由写入相应命令码至Command寄存器实现，其所需变量和数据主要由FIFO缓冲器交换。
3.10 认证与加密
Mifare类产品中加密算法的实现被称之为CRYPT01，它是一种密钥长度为48bit的流密码。要访问一个Mifare类卡的数据，首先要完成认证，Mi-fare卡的认证采用三次认证的过程?若需了解三次认证过程，请参阅参考文献，这个过程可由自动执行Authbent1和Authbent2命令来实现。
4 典型应用
MF RC500的典型应用电路如图3所示。这里仅介绍其天线回路。图3中，L0C0为低通滤波器，用于滤除13.56MHz的谐波分量，L0可选2.2mH，C0可选47pF。L是天线线圈，C1、C2a、C2b则组成匹配电路。典型参数值为：
L=1μH，C1=27pF，C2a=270pF,C2b=270pF。
C3?15pF 主要用于耦合卡负载调制信号，R1、R2为分压器，VMID引脚的电压可为Rx引脚提供一个参考电位。R1阻值为10kΩ，R2为820Ω。
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