MLX90109 125kHz RFID 收发器：特性、应用与设计要点

在 RFID 技术领域，一款性能出色且性价比高的收发器对于各类应用至关重要。今天我们就来详细探讨 Melexis 公司的 MLX90109 125kHz RFID 收发器，看看它有哪些独特之处，以及在实际设计中需要注意的要点。

文件下载：MLX90109EDC-AAA-000-RE.pdf

一、产品特性与优势

集成与高性能

MLX90109 是一款集成式 RFID 收发器，能够寻址 100kHz 至 150kHz 频率范围的应答器。它支持双相和曼彻斯特 ASK 以及 ON/OFF 键控调制，具有低功耗和高性能的特点。其独特的并行天线概念可实现最大功率效率，还具备掉电模式，能有效降低功耗。此外，片上可选波特率滤波功能可实现最大灵敏度，且不存在零调制问题。

低成本与紧凑设计

该收发器采用 SO8 封装，高度集成，适合紧凑的阅读器设计。无需外部石英参考，仅需 2 个电阻和天线即可工作。片上解码功能方便了系统的快速设计和使用，开放漏极数据和时钟输出支持 2 线串行通信。

二、应用示例

MLX90109 的应用十分广泛，涵盖了汽车防盗器、便携式阅读器、访问控制以及家用电器等领域。在这些应用中，它的高性能和低成本特性得到了充分体现。

三、订购信息

MLX90109 有多种订购代码可供选择，产品代码均为 MLX90109，温度代码分为 E（-40°C 至 85°C）和 C（0°C 至 70°C），封装代码为 DC（SOIC150Mil），还有不同的选项代码和包装形式代码。例如，MLX90109EDC - AAA - 000 - RE 表示温度范围为 -40°C 至 85°C，采用卷轴包装的产品。

四、电气规格与参数

直流工作参数

在 -40°C 至 85°C 的环境温度下，电源电压 VDD 范围为 3.1V 至 5.5V，谐振频率 Fres 取决于天线的谐振频率，范围在 100kHz 至 150kHz 之间，典型值为 125kHz。温度引起的频率漂移在 -1% 至 +1% 之间。

灵敏度与偏移

灵敏度 Vsens 取决于应用，典型值为 30mVpp。幅度偏移 Vos 在 MODU 引脚的范围为 0 至 0.35V。

电源相关参数

掉电电压 Vpd 在 VDD = 5V 时为 4.0V 至 4.9V，VDD = 3.1V 时为 2.2V 至 3.0V；上电电压 Vpu 在 VDD = 5V 时为 3.2V 至 4.3V，VDD = 3.1V 时为 1.3V 至 2.4V。掉电电流 IDD,pn 最大为 1.5μA，电源电流 IDD 在 VDD = 5V 且 VMODU = 0.8V 时为 1.8mA 至 3.0mA。

五、工作原理与模块介绍

环路增益振荡器

振荡器频率锁定在天线谐振频率上，时钟信号由振荡器派生而来。由于天线用于确定载波频率，因此天线始终能完美调谐到谐振状态，使得 MLX90109 对零调制不敏感。

峰值检测器

收发器的峰值检测器检测标签产生的 AM 信号，该信号在经过片上开关电容滤波器滤波和放大后，再送入数字解码器。同时，该信号还会反馈以闭合天线电压环路。

带通滤波器

通过将 SPEED 引脚设置为 VDD 或 GND，可针对 2 或 4 kbaud 优化滤波特性。2kbaud 时（SPEED 引脚接 VDD），滤波范围为 400Hz 至 3.6kHz；4kbaud 时（SPEED 引脚接 GND），滤波范围为 800Hz 至 7.2kHz。

数字解调器

MODE 引脚可定义 MLX90109 的工作模式，可直接在 DATA 引脚输出滤波后的数据流（MODE 浮空），也可在曼彻斯特（MODE = VDD）或双相（MODE = VSS）模式下进行解码。

天线电压定义

MLX90109 工作在 100kHz 至 150kHz 频率范围，采用并联 LC 天线。MODU 引脚电压 VMODU 控制天线电压 Vant，为保证正确工作，VMODU 应高于 0.8V。

掉电模式

当 VMODU 高于 Vpd（最好为 VDD）时，MLX90109 进入掉电模式，天线电压降为 0V；将 VMODU 拉至 Vpu 以下时，器件上电。

写入操作

通过一系列的上电/掉电周期可实现天线电压的 ON 和 OFF，从而向应答器发送 ON/OFF 键控调制信号。

六、系统设计参数

自动启动条件

上电时，将 VMODU 从 5V 拉至低于 Vpu，可启动内部驱动 FET。为成功启动振荡，天线阻抗 Zant 应大于 1kΩ。

天线电流

MLX90109 最大可驱动 14mA 的天线驱动电流 Idriver，AC 等效电源电流 IDDant 可通过公式计算，实际产生磁场的天线电流 Iant 与天线品质因数 Qant 有关。

天线阻抗

天线阻抗 Zant 是重要的系统设计参数，可通过公式计算。增加 Qant 可降低天线电源电流 IDDant，从而降低整体电流消耗。为产生强磁场，应选择低天线电感，但需满足最小天线阻抗要求。

七、典型配置

只读配置

在只读配置中，仅需两个电阻设置 VMODU，以及天线电感和调谐电容。通过优化 IC 设计、PCB 设计和添加去耦电容可提高抗噪性能。MLX90109 还提供解码输出选项，可降低微控制器软件的复杂度。在近距离操作时，需注意强耦合可能导致的天线阻抗降低问题。

读写 ON/OFF 键控配置

该配置的基本原理是在 0V 和 VDD 之间切换 VMODU 电压。天线在 MODU 从 VDD 降至 VSS 时，不到 3 个载波周期即可达到最大幅度。对于快速协议，可使用微控制器控制的额外泄放电阻来缩短下降时间。

八、制造与 ESD 注意事项

制造标准

Melexis 产品根据不同的焊接工艺进行了分类和鉴定，包括回流焊、波峰焊和烙铁焊等。对于偏离标准条件的焊接工艺，需与 Melexis 协商进行额外的分类和鉴定测试。

ESD 防护

电子半导体产品对静电放电（ESD）敏感，在处理半导体产品时，必须始终遵守 ESD 控制程序。

九、常见问题解答

比例调制问题

虽然可以通过改变 MODU 引脚电平调整天线幅度，但不建议使用比例调制（调制深度小于 100%），因为可能会出现瞬态波形，干扰应答器甚至导致振荡停止。

读取距离问题

使用特定的阅读器天线（直径 = 130mm，电感 = 44μH，品质因数 Qant = 87.2 @ 125kHz）和信用卡尺寸天线的应答器，MLX90109 收发器的读取距离可达 15cm。

输出功率问题

天线电流可通过精心设计最大化，但天线电压受电源电压 VDD 限制，且由于 MLX90109 收发共用 COIL 引脚，无法使用外部更高电压的功率晶体管。

特定线圈问题

Melexis 开发了用于评估板 EVB90109 的 18mm 线圈，如需购买生产数量，可联系销售渠道。

上拉电阻问题

DATA 和 CLOCK 引脚为开放漏极驱动，需要外部上拉电阻。为降低功耗，建议使用高阻值（100kΩ）的上拉电阻。

综上所述，MLX90109 125kHz RFID 收发器以其高性能、低成本和紧凑设计等优势，在众多 RFID 应用中具有广阔的应用前景。但在实际设计过程中，工程师们需要充分考虑其电气参数、工作原理和系统设计要点，以确保设计出稳定可靠的产品。你在使用 MLX90109 或其他 RFID 收发器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和疑问。