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1、第4章 915MHz RFID读写器硬件电路设 读写器的功能：读写器是RFID系统的主要组成部分，我们通过计算机应用软件来对射频电子标签写入或读取其所携带的数据信息，读写器主要完成以下功能8。第一：以射频方式为无源或半有源电子标签传输能量。第二：可以对固定对象和移动对象进行识别。第三：读写器与电子标签之间的通信功能：在一定的技术条件下，读写器与电子标签之间可以相互进行通信。第四：读写器与计算机之间可以通过标准接口进行相互通信，读写器可以通过标准接口与计算机网络连接，并提供如下信息：本读写器的识别码、本读写器读出电子标签的实时、读出的电子标签的信息等。以实现多读写器在系统网络中的运行。第五：在射
2、频区域内查询多个标签，并能正确区分各个标签，能够在读写区实现多电子标签同时读取，具备防碰撞功能。4.1读写器系统设计框图915MHz读写器硬件电路系统设计框图如图4-1所示。状态指示模块串行通信模块 主控制器射频收发模块天线电源模块JTAG接口辅助电路图 4-1 读写器系统硬件框图主控模块由微控制器及其复位电路、指示装置电路、RS-232通信接口电路、电源电路、JTAG接口电路及辅助电路组成7。主控制器是系统的核心组成，用户命令是由它负责接收、同时对发送信号和接收信号进行编码和解码，射频收发模块实现主控制器与应答器之间的通信过程。基带信号的调制发射和解调接收功能是由射频收发模块完成。JTAG接
3、口主要作用是设置主控制器的熔丝位以及在线调试等。串行通信接口可以实现与PC机之间的通信过程。稳压与电压转换功能是由电源电路完成，辅助电路报警功能是由系统提供。指示电路用于工作状态指示与4.2 控制系统的选择 基于ISOIEC 180006 Type B协议对915MHz射频读写器进行设计及研发。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。 设计基于AVR mega64单片机的915MHz读写器的主控模块。该ATmega64的有如下特点：64K字节的系统内可编程闪存与阅读编写能
4、力，2K字节的EEPROM，4K字节的SRAM，53个一般通用I / O线，32个通用工作寄存器，实时计数器（RTC）四个灵活的定时器/计数器具有比较模式和PWM，两个USART，一个字节为导向两线串行接口、8通道，可选差分输入的10位ADC可编程增益级，可编程看门狗定时器，内部振荡器，一个SPI串行端口，IEEE标准。 1149.1标准的JTAG测试接口，也可用于访问片上调试系统和编程，和六个软件可选省电模式。空闲模式时CPU停止工作，而SRAM，定时器/计数器，SPI端口以及中断系统继续工作。在掉电模式，保存登记内容，但冻结振荡器，禁止所有其他直到下一个中断或硬件复位芯片的功能。在省电模式
5、下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而在器件其它部分在睡觉。ADC噪声抑制模式时CPU停止一切功能/除了异步定时器和ADCO模块，以最大限度地降低开关噪声在ADC的转换。在待机模式下，晶体/谐振振荡器运行，而在器件其它部分在睡觉。这允许非常快速启动结合低功耗消费。在扩展待机模式下，主振荡器和异步定时器继续运行。 基于TRl000无线射频模块设计了915MHz读写器的射频收发模块。设计为短距离无线数据通信，支持射频数据传输速率高达115.2 Kbps 、3 V、低电流休眠模式、手术加稳定、易于使用，低外部元件数的TR1000混合收发器是用于短距离的理想选择无线数据应用操作的耐用性，
6、体积小，低功耗和低成本的要求9。4.3 主控模块电路主要电路的设计主控模块的组成有辅助电路、复位电路、电源电路、RS-232通信接口电路、指示装置电路、和微控制器。4.3.1 徽控制器及其复位电路主控制器，它是Atmel公司生产的一款低功耗、高性能的8位精简指令集单片机14。系统选用ATmega64作为主控制器主要基于以下原因10：单时钟周期可以执行多指令，使UHF协议下读写命令通讯过程中的时序控制变得很容易。可以外接16MHz晶振最高频率，能够提供的基带数据传输速率足够大。比传统的8051单片机具有更多的片内资源。64K字节存储器可以多次可编程。ATmega64集成有上电复位电路，同时具有很
7、强的抗干扰能力，可靠性很高。(1)微控器及其外围电路的设计本控制器电路以AT-mega64位单片机为核心，其外围电路包括LED状态指示电路，电源保护网络，时钟电路11。图4-2为AT-mega64位单片机及其外围电路设计的原理图： 图 4-2 微控器及其外围电路本次设计选用AVR单片机SECTRL0、SECTRL1、RECTRL0、RECTRL1四个引脚为射频芯片控制引脚，可以让它在发射接收睡眠三种模式之间进行转换，达到控制其工作状态的目的。一共有以下几种状态：当RECTRL0为“0”，RECTRL1为“0”时射频接收模块处于休眠状态。当 RECTRL0为“1”，RECTRL1为“1”时射频接
8、收模块处于ASK接收状态。当SECTRL0为“0”，SECTRL1为“0”时射频发射模块处于休眠状态。当SECTRL0为“0”，SECTRL1为“1”时射频发射模块处于OOK发射状态。微控器端的数据输入和基带数据输出引脚分别是RXDATA和TXMOD (8、9两个引脚)，同时也是控制模块和射频模块进行通讯的通道12。单片机工作的外部时钟是由单片机外部的一个频率为13.56MHz石英晶振X1来用来提。通过给晶振两边加两个保护电容，组成并联振荡回路，就能使晶振工作在一个特定串联谐振频率下，这样才不致使单片机工作的时钟频率产生变化，进而可以达到稳定和提高系统性能的作用。由于输入的电源为5V直流电，里
9、面可能混有不规则的交流电压，如果直接接入单片机的话，可能对某些部件构成损坏，甚至烧掉整个单片机。因此通过上下接电源的电抗和电容组成一个电源保护网络，连接在单片机的外围电路中，通过这个电源保护网络对单片机进行保护。(2)复位电路复位的主要功能是将程序PC记数器初始化为0000H，使单片机从0000H单元重新开始执行程序。将单片机复位，以重新启动是因为在程序运行中，外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或者跑飞。为了避免这种情况出现，所以设计复位电路。同时它还能使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。RESET引脚是复位信号的入射端，低电平有效。其有效时间应持续在两个机器周期以上。复位
10、操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。一旦引脚RESET上面的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时，MCU就立即复位13。图4-3设计了具有两种不同复位方式的电路，一种是当电源的上升时间不超过lms时实现自动上电复位，也就是说一旦接通电源时就自动完成了复位操作。另一种是通过按动键K1实现手动复位。图4-3 两种复位控制的电路4.3.2 RS-232串行通信接口电路本设计提供了两种串行通信接口形式：USB和RS-232。RS-232采用MAX-232芯片是为了提高系统的可适应性。USB通过CP-2101芯片来实现虚拟串口，RS-232采用MAX-232芯片17。RS-232串行接口电路设计RS-
11、232标准是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，也被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准，是适合于数据传输率在020kbps范围内通信，他是由美国电子工业协会EIA(Electronic Industries Association)与BELL公司共同开发的通信协议18。RS-232信号在发送数据时，发送端驱动器输出的正电平在+5+15v之间，负电平-5-15V之间。当没有数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V
12、左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。在本文的设计中采用RS-232串行接口进行数据传输。其电路图如图4-4所示。AVR单片机具有全双工的串行通讯接口，通过它与PC机实现数据通信。本设计采用MAX3232芯片实现RS-232电平与TTL电平之间的转换。RS232串行通讯接口电路如图4-4所示。 图 4-4 RS232串行通讯接口电路本设计选用的RS-232接口芯片是MAXIM公司生产的MAX3232，MAX3
13、232芯片具有工作电压在3.OV5.5V范围内、额定电流为300uA的单一电源电压供电形式。当需要完成TTL电平与RS232电平之间的转换时，只需外接四个0.1uF的电容同时保持RS232输出电平，保持数据传输速率为20kbps。MAX3232内部有一对调整充电泵，由反向充电泵产生一5.5V的输出电压、增压充电泵产生+5.5V19。充电泵以间断方式工作是由于电源电压可在3OV5.5V之间变化。若要使充电泵工作，此时915MHz RFID读卡器输出的电压低于3.0V。同理若要使电泵停止工作，此时915MHz RFID读卡器输出的电压超过5.5V。每个充电泵若要产生V+、V-电源则需要一个浮动电容
14、(C21，C22)和一个储存电容(C23，C24)来实现。单片机串行发送口和串行接收口分别与图4-4中的TxD0和RxD0两个接口相连接， PC机COM口的RXD和TXD端通过连接器CNl与RS-TXD0和RS RX-D0两个端口相连接。USB接口电路设计由于通信接口在微型计算机的应用越来越广泛因此本设计中采用了USB接口。USB是的意思是“通用串行总线”是电脑系统联接外围设备(如鼠标、打印机、键盘等)的输入输出接口标准，而并不是一种915MHzRFID读卡器设计新的总线标准。现在电脑系统对外围设备的接口并无统一的标准，如连接打印机要用9针或25针的并行接口、键盘的插口是圆的、鼠标则要用9针或
15、25针的串行接口。USB把这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个4针插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。也就是说，USB将取代当前PC上的并口和串口。图4-5设计的电路图采用了Silicon Laboratories公司生产的一款性能优良的USB2.0到UART (TTL电平)桥接芯片CP2101。 图 4-5 USB接口电路图4-5中大芯片即为CP2101其外围电路十分简单，只需一只电容C5。微控制器的UART接口与CP2101的25、26两个引脚进行连接，计算机的USB接口的D+、D-与4、5两个引脚进行连接。CP2101可以应用于工业级
16、温度范围。芯片一端作为从设备以12Mbps的全速连接到计算机的USB上，另一端是TTL电平端口具有全部RS-232的信号，可以直接将该口连接到单片机UART上，也可以通过电平转换芯转换成一个标准RS-232串口。4.3.3 警示装置电路由于发光二极管和蜂鸣器的驱动电路比较简单、易于实现且价格低廉，因此发光二极管和蜂鸣器通常应用于单片机应用系统来指示系统的状态21。本系统设有3个状态指示发光二极管（包括1个电源指示和2个通信指示）和1个峰鸣器。接通电源的时候电源指示发光二极管就发亮，断开电源发光二极管立即熄灭；当通信接口收、发数据时通信指示发光二极管亮，平时处于熄灭状态。当程序运行出现意外状况时
17、蜂鸣器发出提示错误警报，此外还可以通过软件设定在读写数据程序使其发出声响。蜂鸣器警报电路如图4-6所示。 图4-6 蜂鸣器警示电路 当BUZ端口处于低电平时，三极管导通，这时电压加在蜂鸣器上，即发出响声。当通讯接口处在数据的接收或发送状态中，此时二极管状态指示电路当电阻左端处于低电平时，不同的发光二极管导通。例如D2发光则表示读写器处于数据发送状态，如D1发光则表示读写器处于数据接收状态。二极管指示系统状态指示电路如图4-7所示。图 4-7 二极管指示系统状态的电路4.3.4 电源及稳压电路ALPHA的半导体AS1117是一款低功耗正电压稳压器设计，以满足800mA的输出电流，并遵守与具有固定
18、输出电压的2.85V的SCSI-II规范。这个装置是在电池供电使用的理想选择作为活动的终止的SCSI总线和便携式计算机应用等。AS1117具有非常低的静态电流和非常低的压差电压为1.2V在满载，低的输出电流减小。AS1117可作为可调或固定2.85V和3V，3.3V和5V输出电压14。在提供的AS1117是一个3引脚表面贴装封装SOT-223和TO-252和TO-220，采用SOT-89及的TO-263。输出电容器10mF或更大的是需要稳定的输出AS1117由其他稳压电路最需要的。使用ALPHA半导体的设计，加工和检测技术使我们的AS1117超过同类产品更胜一筹。AS1117特征 保证800m
19、A输出 三端可调或固定1.5V，2.5V和2.85V和3V和3.3V和5V 静态电流非常低 表面贴装封装SOT-223和TO-252和TO-220，采用SOT-89和TO-263，及苏-8 极其严格的负载和线路调整 非常低的温度系数 固定2.85V对于SCSI-II的主动式终端设备 逻辑控制的电子关机 内部过流限制和过热保护 1.2伏特电压低压差满载AS1117的应用： 的SCSI-II的主动式终端 磁盘驱动器 手提/掌上电脑/笔记本电脑 电池充电器 开关电源后稳压 便携式消费电子设备 便携式仪表表 4-1 AS1117稳压器的特性参数条件标准值AS1117单位Min Max1.5V的版本输出
20、电压2.5V的版本输出电压2.85V的版本输出电压3.0V的版本输出电压3.3V的版本输出电压5.0V的版本输出电压IOUT = 10mA, VIN = 4.85V0IOUT800mA, 4.25VIN10VIOUT = 10mA, VIN = 4.85V0IOUT800mA, 4.25VIN10VIOUT = 10mA, VIN = 4.85V0IOUT800mA, 4.25VIN10VIOUT = 10mA, VIN = 4.85V0IOUT800mA, 4.75VIN10VIOUT = 10mA, VIN = 5.0V0IOUT800mA, 4.75VIN10VIOUT = 10mA,
21、VIN = 7.0V0IOUT800mA, 6.50VIN12V1.5002.5002.8503.0003.3005.0001.4851.4702.4752.4502.8222.7932.9702.9403.2673.2344.9504.9001.5151.5302.5252.5502.8792.9073.0303.0603.3333.3665.0505.100VVVVVV朗读Tzhng Bozhng 800mA shch Sn dun k tio hu gdng 1.5V,2.5V h 2.85V h 3V h 3.3V h 5V Jngti dinli fichng d Biomin ti
22、 zhung fngzhung SOT - 223 h TO - 252 h TO - 220, ciyng SOT - 89 h TO - 263, j s- 8 Jq yng de fzi h xinl tiozhng Fichng d de wnd xsh Gdng 2.85V duy SCSI - II de zhdng sh zhngdun shbi Luj kngzh de dinz gunj Nib gu li xinzh h gur boh 1.2 Ft diny dy ch mnziYngyng De SCSI - II de zhdng sh zhngdun Cpn qdn
23、gq Shut/zhngshng dinno/bjbn dinno Dinch chngdin q Kigun dinyun hu wn y Binxish xiofi dinz shbi Binxish ybio字典1. 名词1. 电源电源转换：在这里选用的芯片为AS1117-3.3，是因为系统设计中AVR的工作电压为5V，但是射频芯片的工作电压为3.3V，这就需要我们对电源进行5V与3.3V之间的转换。电压转换电路图如图4-8所示：当从3脚输入5v电压时，发光二级管D6开始发光，射频芯片所要求的3.3V工作电压是从2脚输出的电压15。电压转换电路如图4-8所示 图 4-8 电压转换电路AS
24、lll7是一个输出电流为800mA的低功耗正电压管理半导体器件芯片。这个器件在电池电源使用中可以作为笔记本的主要终端和SCSI总线是一个非常好的选择。ASlll7可以转换输出的分别为2.85V、3V、3.3V和5V的电压，而我们主要使它输出3.3V电压供给射频芯片TRl000工作。主控模块电路原理图如图4-9所示：图 4-9 主控模块电路原理图4.4 射频收发电路设计RFID读卡器射频电路部分的开发通常采用芯片厂商提供的RFID专用读写芯片，这些专用芯片内嵌了对应频段的RFID通信协议。如13.56MHz频段下的TI公司推出的RI-R6C001A和菲利浦公司推出的MFRC500等。超高频频段射
25、频读写模块的开发有两种方案：一是采用搭建射频电路实现的方法。用搭建的硬件电路实现射频信号的调制发送与解调接收。二是采用通用无线射频模块来完成射频信号的调制解调。本文主要采用第二种设计方法来实现射频信号的调制解调工作22。本文所设计的射频收发模块主要包括两部分：（1）00K射频发射电路：因为ISOIECl8000-6Type B协议规定由读卡器到射频卡端的射频调制方式为调制深度为99的ASK调制，所以可以近似将它看作为OOK调制。本文选用TRl000芯片来设计OOK射频发射电路。系统还设计了以RF2132为核心芯片的功率放大电路，是为了提高系统的输出功率，重而达到更远的读写距离。 ASK射频接收
26、电路：由射频卡到读卡器端的射频调制方式为反向散射调制是由ISOIECl80006Type B协议规定的。它的调制方式与ASK调制十分类似，因此可以在解调端按照ASK方式解调。本论文选用TRl000芯片来设计ASK射频接收电路。4.4.1 射频收发模块芯片本设计采用RFM公司生产的TR1000芯片作为射频收发模块的核心芯片。TRl000是一个高度集成，高效率的，低功耗的单片OOKASK通用无线射频收发器芯片。由于它的稳定度高、尺寸小、功耗低、价格低因此在短距离无线数据通信和无线控制中得到了广泛应用23。TRl000芯片具有以下主要特点：中心工作频率为916.50 MHz。接收灵敏度为-91 dB
27、m(115.2 Kbs，脉冲测试法)； 输出功率为+1.5 dBm； 电源电压为2.23.7 V； 工作电流：接收模式为3.8 mA(115.2 Kbs时)，发射模式为l2 mA，睡眠模式为0.7A； 没有射频辐射，所需外部元件少。工作温度范围为-50+100。调制解调可采用OOK或者ASK两种方式。接收灵敏度为-95dBm。具有1152kbps的最高基带速率。电源工作电压为33V。具有调制发送和接收解调两种功能。因此从ISOIEC180006 Typeb协议的要求来看从中心工作频率、基带速率和调制解调方式等方面来看，TRl000符合要求。表4-1 TR1000芯片的引脚功能引脚 功能1 GN
28、D1,RF地2 VCC1,发射机输出放大器和接收机基带电路电源3 AGCCAP，控制AGC复位4 PKDET，峰值检波器电容5 BBOUT，基带输出6 CMPIN,内部数据限制器输出7 RXDATA,接受芯片数据输出8 TXMOD,发射机调制输出9 LPFADJ,接收机低通滤波器带宽调节10 GND2,芯片地11 RREF,外接基准电阻12 THLD2,数据限制器2阀值调节13 THLD1,数据限制器1阀值调节14 PRATE,脉冲上下沿设置15 PWIDTH,脉冲带宽设置16 VCC2,接收机RF部分与发射机振荡器电源17 CNTRL1,接收/发射/睡眠模式控制18 CNTRL0, 接收/发
29、射/睡眠模式控制19 GND3,芯片地20 RFIO,RF输入输出4.4.2 射频发射模块设计(1)OOK射频发射电路射频信号发射调制需要采用OOK调制方式，是按照ISOIECl80006Type B协议要求来设计的。因此必须将TRl000芯片设置为OOK发射状态，也就是必须将管脚SECTRL0设为“0”，管脚SECTRL1设为“1”。要使芯片处于休眠状态那么必须将SECTRL0管脚设为“0”，SECTRL1管脚设为“0”。图中TXMOD管脚是基带数据调制输入管脚，它的作用是接受微控制器发出的基带数据信息。TXMOD管脚接有一个串联电阻R6，它的作用是调整电阻值从而达到对输出功率进行微调的目的
30、。图4-10为OOK射频发射电路原理图： 图 4-10 OOK射频发射电路图中引脚2通过RF铁氧体磁芯L1与电源相连，电源端接一个旁路电容C4，起到保护电源的作用。引脚5和6连接的电容C3是耦合电容，若要一个外部处理用于AGC时，BBOUT必须用串联电容与外部数据恢复处理器和CMPIN相耦合。低通滤波器带宽是由LPFADJ第9引脚用接地电阻调节，第11引脚RREF与地之间接一个基准电阻（阻值为100K、误差范围为1）。14引脚PRATE电阻接地，Tpr1能用51K-2000K的电阻设置在O1-0.5us的范围。引脚15 PWIDTH由一个接地电阻Rpw实现设置RFA 1的接通脉冲宽度Tpw1。
31、用一个电阻范围为200K-390 K的电阻能使Tpw1在0.55lus的范围内调节。(2)功率放大电路功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带载能力要强。功率放大电路的工作指标是：输出功率大要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。 效率要高效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。 非线性失真要小非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产
32、生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。 散热少BJT的散热问题在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。 参数选择在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参
33、数选择与保护问题也不容忽视。 分析任务功率放大电路的分析任务是：最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法。若要提高读卡器的读写距离的办法是提高读卡器的输出功率，是因为芯片TRl000是一款低功率的短距离无线射频通信芯片，其输出功率非常有限，同时读写器的读写距离和读卡器发射功率成正比，功率大则距离远，功率小则距离近。因此考虑到TRl000是一款低功率的短距离无线射频通信芯片，其输出功率非常有限。所以本设计采用了RF Micro Device公司生产的RF2132为核心芯片设计了功率放大电路，来达到读写距离远的目的。RF2132是大
34、功率、高效率线性放大器IC。采用先进的砷化镓异质结双极型晶体管(HBT)处理，设计用于双模式4节电池的CDMAAMPS手持数字式蜂窝系统设备的末级线性RF放大、扩频系统和其他。工作频率为800950MHz、最大可提供+29dB的功率增益等特点的功率放大器。器件本身包含50输入和输出，因此在整个电源和控制电压变化时，很容易匹配以获得最佳的功率、效率和线性特性。表 4-2 RF2132绝对最大额定值参数额定值单位电源电压（无射频）-0.5+8.0VDC电源电压（功率输出32dBm）-0.5+5.0VDC功率控制电压（VPC）0.5+5.0 VCC直流电源电流800mA输入射频功率+12 dBm输出
35、负载电压驻波比10:1存储温度-40+150结温200 表 4-3 RF2132放大器的特性参数规格单位条件Min. Typ.Max整体T= 25时VCC=4.8V，VPC=4.0V时，频率=824MHz到849MHz可用频率范围800824-849950MHZ线性增益272931dB共有线性效用4045%最大输出的效率5055%断开隔离2327dBVPC=0V,PIN=+6dBm二次谐波-30 dBc包括二次谐波陷阱最大线性输出功率28.5 29IS -95A的CDMA调制邻道功率抑制885千赫-46 -44dBc28 dBm的功率输出可以提高交易效率关闭邻道功率抑制1.98兆赫-58 -5
36、6dBc28 dBm的功率输出最大连续输出功率31.5 32dBm工作温度30 110 CCPout = 31 dBm, Efficiency = 55%工作环境温度-30100C结到外壳热阻85 C/W输入VSWR2:1输出负载电压驻波比10:1无振荡掉电开启/关闭时间总电流VPC关闭电压VPC开电压0.2 3.6 4.0100 10 0.5VccNsAVV关闭状态电源电源电压空闲电流电流引脚到VPC4.2 4.84015 “5.010020VmAmA工作电压VPC=4.0V开状态其功率放大电路如图4-11所示。图 4-11 功率放大电路4.4.3 射频接收模块设计应答射频信号采用反向散射调
37、制技术是由ISOIECl80006Type B协议规定的。我们将TRl000设置为ASK发射状态，是因为反向散射调制波形与ASK调制波形十分相似，也就是将管脚SECTRL0设为“1”，管脚SECTRL1设为“l”。若要使芯片处于休眠状态也就是要将SECTRL0管脚设为“0”，SECTRL1管脚设为“0”来实现。其中RXDATA管脚为基带数据输出管脚，它的作用是将解调出来的基带信息发送给微控器进行处理。图4-12为ASK射频接收电路原理图： 图 4-12 ASK射频接收电路图4-12中引脚2通过RF铁氧体磁芯L1与电源相连，电源端接一个旁路电容C6，起到保护电源的作用。C2和C3电容是使用的是陶
38、瓷电容其误差范围在10内，引脚5和6连接的电容C4是耦合电容，若要一个外部处理用于AGC时，BBOUT必须用串联电容与外部数据恢复处理器和CMPIN相耦合。RXDATA可驱动一个lOpF电容和一个500K电阻的并联负载，此管脚峰值电流随接收机低通滤波器截止频率增加而增加。在睡眠和发送模式，管脚成高阻态，此管脚在高阻态时，可用一个1000K的上拉电阻或者下拉电阻确定逻辑电平。接收机低通滤波器带宽是由LPFADJ引脚用接地电阻调节，第11引脚RREF与地之间接一个基准电阻（阻值为100K、误差范围为1）。引脚PRATE电阻接地，Tpr1能用51K-2000K的电阻设置在O1-0.5us的范围。R4
39、电阻阻值的大小为R4=404tp1+105，误差范围为5，这样有利于电路以高数据速率工作。引脚15 PWIDTH由一个接地电阻Rpw实现设置RFA 1的接通脉冲宽度Tpw1。用一个电阻范围为200K-390 K的电阻能使Tpw1在0.55lus的范围内调节。4.5 射频收发电路设计原理图射频收发电路设计原理图如图4-13所示：图 4-13 射频收发电路设计原理图4.6 系统总电路及工作原理915MHz RFID读写器硬件电路设计总体电路图见附录一。1、控制器由串行通信模块从上位机接受命令，并对命令的类型和内容进行判断。2、主控制器对接受到的命令进行基带编码3、电源转换电路：由于系统设计中AVR
40、工作所需要的电压为5V，而射频芯片工作所需要的电压为3.3V，这就要求对电源进行5V-3.3V的转换，在这里选用的芯片为ASlll7-3.3。4、主控制器将基带码传送给射频收发模块，由射频收发模块完成对信号的调制、放大的功能。主控制器AVR单片机SECTRLl、SECTRL0、CECTRLl、CECTRL0四个引脚为射频芯片控,引脚，使其在接收发射睡眠模式之间的工作模式进行转换，从而控制其工作状态。可分为以下几种状态：SECTRLl为“1”，SECTRL0为“0”则射频发射模块处于OOK发射状态。SECTRLl为“0”，SECTRL0为“0”则射频发射模块处于休眠状态。CECTRLl为“1”，
41、CECTRL0为“1”则射频接收模块处于ASK接收状态。CECTRL1也l为“0”，CECTRL9为“0”则射频接收模块处于休眠状态。引脚RXDATA和TXMOD分别为微控器端的基带数据输出和数据输入引脚，是射频模块和控制模块进行通讯的通道。又因为ISOIECl8000-6Type B协议规定由读卡器到射频卡端的射频调制方式为调制深度为99的ASK调制，也就是可以近似看作为OOK调制。这就要求将TRl000设置为OOK发射状态，即将SECTRL1管脚设为“1”，SECTRL0管脚设为“0”。为了提高系统的输出功率，以达到更远的读写距离，系统还设计了以RF2132为核心芯片的功率放大电路。因此OOK发射电路的RFIO输出端外接一个RF2132为核心的功率放大电路从RFIN端输入，功率放大输出端RFINPUT。5、射频卡对命令操作完毕后，由天线接收射频信号传送给射频收发模块。ISOIECl80006Type B协议规定由射频卡到读卡器端的射频调制方式为反向散射调制。其调制方式与ASK调制类似，所以在解调端可以按照ASK方式解调。这就
