便攜式超高頻RFID讀寫器的FPGA實現(xiàn)
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2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2．1 Cyclone EP1C3T144 FPGA最小系統(tǒng)
FPGA最小系統(tǒng)包含可編程門陣列、電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、配置電路、濾波電路?，F(xiàn)場可編程門陣列采用EP1C3T144。它基于1．5 V，0．13μm全銅SRAM工藝、TQFP144封裝；104個I／O口，支持各種I／O標(biāo)準(zhǔn)；支持LVDS，數(shù)據(jù)傳輸率為311 Mbps；2910LE邏輯單元、
288 Kb RAM、1個PLL鎖相環(huán)，支持66 MHz 32位PCI標(biāo)準(zhǔn)，支持外接133 MHz DDR SDROM；單獨有源時鐘接口，外接20 MHz頻率的有源晶振；專用配置電路接口，3．3 V LVTTL供電。FPGA基于SRAM技術(shù)，掉電數(shù)據(jù)易失，采用Altera公司配套的EPCS1JTAG下載模式。系統(tǒng)采用硬件和軟件復(fù)位：硬件復(fù)位接FPGA nconfig引腳，按下此鍵FPGA代碼從EEPROM重新配置；軟件復(fù)位是編寫代碼時設(shè)置reset引腳，按照代碼運行。
由于FPGA芯片內(nèi)部EEPROM空間有限，F(xiàn)PGA芯片外掛一個2KB EEPROM 24C02，24C02與400kHz I2C接口兼容。供電電壓為1.8～6.0V，供電電流為3mA，具有頁寫緩沖器和寫保護功能，SOP8封裝。它還具有讀寫次數(shù)多、保存時間長、功耗低的特點。24C02硬件接口電路如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/190983.htm
2．2 USB串行總線接口電路
CH372簡易USB通用串行總線接口集成電路，兼容+5 V和+3．3 V供電，最大工作電流為30 mA，外接12 MHz頻率晶振，20引腳SOP封裝；兼容USB2．0數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，支持HID設(shè)備熱插熱拔，內(nèi)置USB底層通信協(xié)議，自動完成標(biāo)準(zhǔn)USB事件枚舉；支持?jǐn)?shù)據(jù)控制傳輸、批量傳輸、終端傳輸；默認(rèn)鏈接端點0所有事件，F(xiàn)PGA負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸與處理，使用方便，CH372硬件接口電路如圖3所示。
2．3 CC1100 RF收發(fā)電路
CC1100是一款極低功耗UHF收發(fā)集成電路。其通信效果好、抗干擾性能強、穿透力強、靈敏度高；可自由設(shè)置收發(fā)頻率，可設(shè)置范圍為300～348 MHz、400～464MHz、800～928 MHz，可編程控制數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達500 kbps，4線SPI(SI、SO、SCLK、CSn)接口。CC1100正
常工作電壓為3．3 V，最高輸入電壓3．6 V，每個引腳輸入電壓應(yīng)相同。868～915 MHz發(fā)送模式輸出功率為+10 dBm，電流為30 mA，接收最大功率為+10 dBm，硬件自動CRC校驗，支持ASK調(diào)制解調(diào)，調(diào)整外圍元件可方便調(diào)整收發(fā)頻率。CC1100采用數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，具有2個64字節(jié)FIFO，緩沖發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。CC1100可軟件設(shè)置RF發(fā)送功率、收發(fā)模式、調(diào)制格式、信道選擇和帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率、整機工作模式等。
CC1100屬于半雙工通信，接收和發(fā)送在射頻控制模塊RF CONTRON控制下分時進行，解調(diào)由積分器向下積分完成，AGC電路控制回路增益；調(diào)制基于直接頻率合成，載波信號由晶振與內(nèi)部PLL電路產(chǎn)生，發(fā)送模塊和接收模塊稍有區(qū)別。接收模塊包括：低噪聲放大器LAN、積分器INTEGRATION、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、解調(diào)器DEMODU-LATOR、向前數(shù)據(jù)誤差處理器FEC／INTERLEAVER、包處理PACKET HANDLER、接收數(shù)據(jù)緩沖器RXFI FO、數(shù)字接口電路DIGITAL INTERFACE TO MCU；發(fā)送端與接收端不同的模塊有：壓控振蕩器VCO、混頻器MIXER、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器TXFIFO，數(shù)據(jù)收發(fā)由不同模塊分時完成。
CC1100具有2種工作狀態(tài)——空閑狀態(tài)和工作狀態(tài)，每種狀態(tài)對應(yīng)電流不同。空閑狀態(tài)可分為等待WAIT狀態(tài)，內(nèi)部電流1．9 mA；睡眠SLEEP狀態(tài)，內(nèi)部電流400～900 nA；晶振的停振狀態(tài)僅維持寄存器值不變，內(nèi)部電流160 nA；工作狀態(tài)可分為接收(RX)和發(fā)送(TX)狀態(tài)，接收狀態(tài)根據(jù)接收信號強弱內(nèi)部電流在14．2～15．4 mA范圍變化。發(fā)送狀態(tài)下，發(fā)送信號功率大小隨工作電流變化。14 mA時發(fā)射功率為-10 dBm，29 mA時發(fā)射功率為+20 dBm。根據(jù)工作狀態(tài)調(diào)整工作電流，可實現(xiàn)整機最低功耗。
由于采用ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)射頻空中接口協(xié)議，系統(tǒng)采用889 MHz發(fā)射和接收頻率，改變CC1100第12、13引腳外接電容C1、C2，電感L1、L2的參數(shù)可調(diào)整射頻收發(fā)頻率，發(fā)射天線采用50 Ω偶極子天線。12、13引腳LC網(wǎng)絡(luò)器件參數(shù)可由軟件SmartRF studio仿真得到，參考CC1100官方DATASHEET，根據(jù)實際情況微調(diào)。CC1100數(shù)據(jù)收發(fā)原理圖如圖4所示。
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