MLX90109 125kHz RFID 收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在 RFID 技術(shù)領(lǐng)域，一款性能出色且性價(jià)比高的收發(fā)器對于各類應(yīng)用至關(guān)重要。今天我們就來詳細(xì)探討 Melexis 公司的 MLX90109 125kHz RFID 收發(fā)器，看看它有哪些獨(dú)特之處，以及在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要注意的要點(diǎn)。

文件下載：MLX90109EDC-AAA-000-RE.pdf

一、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

集成與高性能

MLX90109 是一款集成式 RFID 收發(fā)器，能夠?qū)ぶ?100kHz 至 150kHz 頻率范圍的應(yīng)答器。它支持雙相和曼徹斯特 ASK 以及 ON/OFF 鍵控調(diào)制，具有低功耗和高性能的特點(diǎn)。其獨(dú)特的并行天線概念可實(shí)現(xiàn)最大功率效率，還具備掉電模式，能有效降低功耗。此外，片上可選波特率濾波功能可實(shí)現(xiàn)最大靈敏度，且不存在零調(diào)制問題。

低成本與緊湊設(shè)計(jì)

該收發(fā)器采用 SO8 封裝，高度集成，適合緊湊的閱讀器設(shè)計(jì)。無需外部石英參考，僅需 2 個(gè)電阻和天線即可工作。片上解碼功能方便了系統(tǒng)的快速設(shè)計(jì)和使用，開放漏極數(shù)據(jù)和時(shí)鐘輸出支持 2 線串行通信。

二、應(yīng)用示例

MLX90109 的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了汽車防盜器、便攜式閱讀器、訪問控制以及家用電器等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它的高性能和低成本特性得到了充分體現(xiàn)。

三、訂購信息

MLX90109 有多種訂購代碼可供選擇，產(chǎn)品代碼均為 MLX90109，溫度代碼分為 E（-40°C 至 85°C）和 C（0°C 至 70°C），封裝代碼為 DC（SOIC150Mil），還有不同的選項(xiàng)代碼和包裝形式代碼。例如，MLX90109EDC - AAA - 000 - RE 表示溫度范圍為 -40°C 至 85°C，采用卷軸包裝的產(chǎn)品。

四、電氣規(guī)格與參數(shù)

直流工作參數(shù)

在 -40°C 至 85°C 的環(huán)境溫度下，電源電壓 VDD 范圍為 3.1V 至 5.5V，諧振頻率 Fres 取決于天線的諧振頻率，范圍在 100kHz 至 150kHz 之間，典型值為 125kHz。溫度引起的頻率漂移在 -1% 至 +1% 之間。

靈敏度與偏移

靈敏度 Vsens 取決于應(yīng)用，典型值為 30mVpp。幅度偏移 Vos 在 MODU 引腳的范圍為 0 至 0.35V。

電源相關(guān)參數(shù)

掉電電壓 Vpd 在 VDD = 5V 時(shí)為 4.0V 至 4.9V，VDD = 3.1V 時(shí)為 2.2V 至 3.0V；上電電壓 Vpu 在 VDD = 5V 時(shí)為 3.2V 至 4.3V，VDD = 3.1V 時(shí)為 1.3V 至 2.4V。掉電電流 IDD,pn 最大為 1.5μA，電源電流 IDD 在 VDD = 5V 且 VMODU = 0.8V 時(shí)為 1.8mA 至 3.0mA。

五、工作原理與模塊介紹

環(huán)路增益振蕩器

振蕩器頻率鎖定在天線諧振頻率上，時(shí)鐘信號(hào)由振蕩器派生而來。由于天線用于確定載波頻率，因此天線始終能完美調(diào)諧到諧振狀態(tài)，使得 MLX90109 對零調(diào)制不敏感。

峰值檢測器

收發(fā)器的峰值檢測器檢測標(biāo)簽產(chǎn)生的 AM 信號(hào)，該信號(hào)在經(jīng)過片上開關(guān)電容濾波器濾波和放大后，再送入數(shù)字解碼器。同時(shí)，該信號(hào)還會(huì)反饋以閉合天線電壓環(huán)路。

帶通濾波器

通過將 SPEED 引腳設(shè)置為 VDD 或 GND，可針對 2 或 4 kbaud 優(yōu)化濾波特性。2kbaud 時(shí)（SPEED 引腳接 VDD），濾波范圍為 400Hz 至 3.6kHz；4kbaud 時(shí)（SPEED 引腳接 GND），濾波范圍為 800Hz 至 7.2kHz。

數(shù)字解調(diào)器

MODE 引腳可定義 MLX90109 的工作模式，可直接在 DATA 引腳輸出濾波后的數(shù)據(jù)流（MODE 浮空），也可在曼徹斯特（MODE = VDD）或雙相（MODE = VSS）模式下進(jìn)行解碼。

天線電壓定義

MLX90109 工作在 100kHz 至 150kHz 頻率范圍，采用并聯(lián) LC 天線。MODU 引腳電壓 VMODU 控制天線電壓 Vant，為保證正確工作，VMODU 應(yīng)高于 0.8V。

掉電模式

當(dāng) VMODU 高于 Vpd（最好為 VDD）時(shí)，MLX90109 進(jìn)入掉電模式，天線電壓降為 0V；將 VMODU 拉至 Vpu 以下時(shí)，器件上電。

寫入操作

通過一系列的上電/掉電周期可實(shí)現(xiàn)天線電壓的 ON 和 OFF，從而向應(yīng)答器發(fā)送 ON/OFF 鍵控調(diào)制信號(hào)。

六、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

自動(dòng)啟動(dòng)條件

上電時(shí)，將 VMODU 從 5V 拉至低于 Vpu，可啟動(dòng)內(nèi)部驅(qū)動(dòng) FET。為成功啟動(dòng)振蕩，天線阻抗 Zant 應(yīng)大于 1kΩ。

天線電流

MLX90109 最大可驅(qū)動(dòng) 14mA 的天線驅(qū)動(dòng)電流 Idriver，AC 等效電源電流 IDDant 可通過公式計(jì)算，實(shí)際產(chǎn)生磁場的天線電流 Iant 與天線品質(zhì)因數(shù) Qant 有關(guān)。

天線阻抗

天線阻抗 Zant 是重要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，可通過公式計(jì)算。增加 Qant 可降低天線電源電流 IDDant，從而降低整體電流消耗。為產(chǎn)生強(qiáng)磁場，應(yīng)選擇低天線電感，但需滿足最小天線阻抗要求。

七、典型配置

只讀配置

在只讀配置中，僅需兩個(gè)電阻設(shè)置 VMODU，以及天線電感和調(diào)諧電容。通過優(yōu)化 IC 設(shè)計(jì)、PCB 設(shè)計(jì)和添加去耦電容可提高抗噪性能。MLX90109 還提供解碼輸出選項(xiàng)，可降低微控制器軟件的復(fù)雜度。在近距離操作時(shí)，需注意強(qiáng)耦合可能導(dǎo)致的天線阻抗降低問題。

讀寫 ON/OFF 鍵控配置

該配置的基本原理是在 0V 和 VDD 之間切換 VMODU 電壓。天線在 MODU 從 VDD 降至 VSS 時(shí)，不到 3 個(gè)載波周期即可達(dá)到最大幅度。對于快速協(xié)議，可使用微控制器控制的額外泄放電阻來縮短下降時(shí)間。

八、制造與 ESD 注意事項(xiàng)

制造標(biāo)準(zhǔn)

Melexis 產(chǎn)品根據(jù)不同的焊接工藝進(jìn)行了分類和鑒定，包括回流焊、波峰焊和烙鐵焊等。對于偏離標(biāo)準(zhǔn)條件的焊接工藝，需與 Melexis 協(xié)商進(jìn)行額外的分類和鑒定測試。

ESD 防護(hù)

電子半導(dǎo)體產(chǎn)品對靜電放電（ESD）敏感，在處理半導(dǎo)體產(chǎn)品時(shí)，必須始終遵守 ESD 控制程序。

九、常見問題解答

比例調(diào)制問題

雖然可以通過改變 MODU 引腳電平調(diào)整天線幅度，但不建議使用比例調(diào)制（調(diào)制深度小于 100%），因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)瞬態(tài)波形，干擾應(yīng)答器甚至導(dǎo)致振蕩停止。

讀取距離問題

使用特定的閱讀器天線（直徑 = 130mm，電感 = 44μH，品質(zhì)因數(shù) Qant = 87.2 @ 125kHz）和信用卡尺寸天線的應(yīng)答器，MLX90109 收發(fā)器的讀取距離可達(dá) 15cm。

輸出功率問題

天線電流可通過精心設(shè)計(jì)最大化，但天線電壓受電源電壓 VDD 限制，且由于 MLX90109 收發(fā)共用 COIL 引腳，無法使用外部更高電壓的功率晶體管。

特定線圈問題

Melexis 開發(fā)了用于評(píng)估板 EVB90109 的 18mm 線圈，如需購買生產(chǎn)數(shù)量，可聯(lián)系銷售渠道。

上拉電阻問題

DATA 和 CLOCK 引腳為開放漏極驅(qū)動(dòng)，需要外部上拉電阻。為降低功耗，建議使用高阻值（100kΩ）的上拉電阻。

綜上所述，MLX90109 125kHz RFID 收發(fā)器以其高性能、低成本和緊湊設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，在眾多 RFID 應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要充分考慮其電氣參數(shù)、工作原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。你在使用 MLX90109 或其他 RFID 收發(fā)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和疑問。