基于AT88RF256的RF設(shè)計(jì)

O 引言

射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫(xiě)，表示可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍從300 kHz～30 GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。在電磁波頻率低于100 kHz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100 kHz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻。信息源經(jīng)過(guò)二次調(diào)制，用線纜傳輸?shù)綄?duì)端，對(duì)端用反調(diào)制將信息源還原后再應(yīng)用，不管頻率多低，也是射頻傳輸方式，如果沒(méi)有調(diào)制反調(diào)制過(guò)程，只是將信息源用線纜傳送到對(duì)端直接使用，不管頻率有多高，都是一般的有線傳輸方式。

1 RF技術(shù)核心

1．1射頻卡的寄存器和命令

AT88RF256-12卡是美國(guó)ATMEL公司推出的一款基于125 kHz工作頻率的感應(yīng)卡，可以加密，數(shù)據(jù)量為256位，內(nèi)部電路如圖1所示，作為典型的低頻、加密和可讀寫(xiě)卡。用戶對(duì)卡的操作包括讀卡、寫(xiě)卡、核對(duì)密碼、停止卡等，必須按以下7個(gè)命令格式來(lái)執(zhí)行上述操作：

0A2A1A010：寫(xiě)第A2A1A0頁(yè)32位的EEPROM；
0A2AJ A001：讀第A2A1A0頁(yè)32位的：EEPROM；
0000ll：數(shù)據(jù)固化命令(8位)；
010011：寫(xiě)卡片控制位命令(24位)：
000111：寫(xiě)卡片密碼命令：
011000：停止卡命令：
011100：核對(duì)密碼命令：

當(dāng)模塊沒(méi)有數(shù)字接口或不要求用到數(shù)字接口時(shí)，任一模塊都可在出廠前被預(yù)設(shè)成相控振蕩器(PL0)。只要有一個(gè)電源及外部參考源，通過(guò)加載工作頻率已重新設(shè)定的PNP頻率合成源，則該P(yáng)LO就可工作在任一固定的、在50 MHz至5 GHz范圍內(nèi)的工作頻率下。微型合成器可被用于許多場(chǎng)合，包括檢測(cè)器件中的高精度源，數(shù)字微波無(wú)線器件中的本地晶振，或作為用于大型通信或軍事頻率合成器系統(tǒng)的緊湊的時(shí)鐘源。

1．2 編碼要求

AT88RF256卡在默認(rèn)狀態(tài)下讀卡片用MILLLER(密勒)碼，寫(xiě)命令數(shù)據(jù)用MANCHESTER(曼徹斯特)碼。初始化下，密勒碼元寬度是 128μ8，曼徹斯特碼元寬度是256μs。讀寫(xiě)器要對(duì)卡片發(fā)送命令，除了卡片要進(jìn)入射頻場(chǎng)內(nèi)獲取能量外，發(fā)送時(shí)間也受限制?？ㄆM(jìn)入射頻場(chǎng)后，按如下格式向讀寫(xiě)卡器循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)：起始位；32～152位(長(zhǎng)度可自行設(shè)定)的ID數(shù)據(jù)；停止位；8位收聽(tīng)窗(Listening Window)。圖2示出基站模塊的DATA OUT引腳的輸出波形，在每個(gè)數(shù)據(jù)包之間都有一個(gè)持續(xù)8位密勒碼元寬度的低電平狀態(tài)的收聽(tīng)窗。只有在收聽(tīng)窗第2位至第7位，射頻才可以接收讀寫(xiě)卡器發(fā)送的讀、寫(xiě)命令。所以本設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵是如何捕捉到收聽(tīng)窗，這屬于讀卡和解碼操作的一部分，解碼是建立在對(duì)基站模塊DATA OUT引腳波形分析的基礎(chǔ)上。

1．3 配置字描述

配置字的讀取在CLKl的正邊沿時(shí)，從MSB(最高位)開(kāi)始。新的配置從CS的下降沿開(kāi)始。假如nRF2401子系統(tǒng)需要配置為 ShockBurst方式，兩個(gè)接收頻道，則在VDD(芯片電源)上電后，只需120位的配置字。在協(xié)議、工作方式和接收頻道都配置好后，只需要1位 (RXEN)來(lái)切換是接收或發(fā)射。在配置字被讀取的過(guò)程中，MSB(最高位)最先被讀到寄存器中。默認(rèn)配置字為：h8E08．1C20．2000．0000．00E7．0000．E721．0F 04，共18字節(jié)，可根據(jù)需要進(jìn)行取舍。Shock Burst數(shù)據(jù)包的總位數(shù)最多不能超過(guò)256位，DATAx_W(bits)=256-ADDR_W-CRC(1)其中：ADDR-W為配置字中 B[32：18]所設(shè)置的接收地址的長(zhǎng)度，8位～40位；CRC為配置字B[17]所設(shè)置的校驗(yàn)字，8位或16位，4位或8位前綴是自動(dòng)加進(jìn)去的，不占用數(shù)據(jù)包的位數(shù)。

1．4 實(shí)驗(yàn)仿真

用matlab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，如圖3所示。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們可以發(fā)現(xiàn)，不同的Marker對(duì)應(yīng)不同的增益，但是偏離載波均為10 kHz。

同時(shí)數(shù)據(jù)分為 test data和rejeet data存儲(chǔ)，test data為測(cè)試數(shù)據(jù)，rejeet data為不合格產(chǎn)品數(shù)據(jù)。文件格式如下：

Current Step description Code s1 s2 s3 hai Up Save test data：
RF-T436 222222222 2010-1-14 13：33：18 Pass 156．129 527．946。
其中：RF-T436測(cè)試文件名；222222222電路板條形碼號(hào)；
2010-1-14日期；3：33：18時(shí)間；Pass測(cè)試結(jié)果；156．129 527．946測(cè)試數(shù)據(jù)。
reject data：
RF-T436 222222222 2006-6-14 14：45：21
Fail Send Start Transmit command 914．153。
其中：RF-T436測(cè)試文件名；222222222電路板條形碼號(hào)；2006-6-14日期；04：45：21時(shí)間；Fail測(cè)試結(jié)果；Send Start Transmit command：測(cè)試步驟；
914．153測(cè)試數(shù)據(jù)。從測(cè)試文件中可以看出：測(cè)試結(jié)果。直觀明了，便于不合格產(chǎn)品的檢修。

2 射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

射頻識(shí)別技術(shù)依其采用的頻率不同可分為低頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)兩大類；根據(jù)電子標(biāo)簽內(nèi)是否裝有電池為其供電，又可將其分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)兩大類；從電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息注入的方式可將其分為集成電路固化式、現(xiàn)場(chǎng)有線改寫(xiě)式和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線改寫(xiě)式三大類；根據(jù)讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，可將其分為廣播發(fā)射式、倍頻式和反射調(diào)制式三大類。

(1)低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30 MHz，典型的工作頻率有：125 kHz、225 kHz、13．56 MHz等，這些頻點(diǎn)應(yīng)用的射頻識(shí)別系統(tǒng)一般都有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)予以支持。其基本特點(diǎn)是電子標(biāo)簽的成本較低、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無(wú)源情況，典型閱讀距離為10 cm)電子標(biāo)簽外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線方向性不強(qiáng)等。

(2)高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400 MHz，典型的工作頻段有：915 MHz、2450 MHz、5800 MHz等。高頻系統(tǒng)在這些頻段上也有眾多的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)予以支持。高頻系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是電子標(biāo)簽及閱讀器成本均較高、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(yuǎn) (可達(dá)幾米至十幾米)，適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及電子標(biāo)簽天線均有較強(qiáng)的方向性。

(3)有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，一般具有較遠(yuǎn)的閱讀距離，不足之處是電池的壽命有限(3～10年)；無(wú)源電子標(biāo)簽內(nèi)無(wú)電池，它接收到閱讀器(讀出裝置)發(fā)出的微波信號(hào)后，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，一般可做到免維護(hù)。相比有源系統(tǒng)，無(wú)源系統(tǒng)在閱讀距離及適應(yīng)物體運(yùn)動(dòng)速度方面略有限制。