基于A(yíng)S3992芯片的遠距離RFID讀寫(xiě)器設計

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流和生態(tài)監視等國民經(jīng)濟方方面面的大量應用，UHF頻段的RFID技術(shù)更是發(fā)展迅速，它是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號可以自動(dòng)識別目標對象、獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，適用于各類(lèi)惡劣環(huán)境。RFID系統由標簽、讀寫(xiě)器和天線(xiàn)三部分構成，其中RFID讀寫(xiě)器最為關(guān)鍵。

　　1系統方案設計

　　基于AS3992芯片的遠距離RFID讀寫(xiě)器系統主要包括射頻部分和基帶部分，如圖1所示。射頻部分圍繞RFID集成芯片AS3992展開(kāi)設計，環(huán)路濾波器配合內置VCO產(chǎn)生精確頻率;發(fā)射鏈路主要由巴倫、功率放大器、耦合器、高頻開(kāi)關(guān)和多路天線(xiàn)接口組成，在關(guān)鍵通路上使用LC網(wǎng)絡(luò )和π型網(wǎng)絡(luò )調整阻抗匹配;射頻接收鏈路由天線(xiàn)、高頻開(kāi)關(guān)、耦合器、低噪放和巴倫組成?；鶐Р糠峙渲昧丝缮壍腗CU主控制器及通用外圍接口。

　　圖1 RFID讀寫(xiě)器系統框圖

　　2硬件電路設計

　　2.1 AS3992及其外圍電路

　　AS3992是奧地利微電子推出的一款高性能UHF頻段的讀寫(xiě)器芯片，它集成了混頻器、增益濾波器、壓控振蕩器、鎖相環(huán)、模數/數模轉換器等模擬前端，并且內置了ISO18000-6C的完整協(xié)議處理系統。外部控制器僅需通過(guò)8位并口或者SPI口即可實(shí)現對AS3992的所有通信和控制。

　　UHF載波信號的通信頻率為840 MHz~960 MHz，AS3992集成了VCO、預分頻器、主除法器、參考除法器、鑒相器和電荷泵，外圍電路只要提供一個(gè)環(huán)路濾波器即可組成一個(gè)完整的鎖相環(huán)(PLL)電路，如圖2所示。PLL的輸出頻率由參考除法器的設定值和主除法器的乘積決定。電荷泵(CP)的主要作用是將數字邏輯脈沖轉換為模擬電流。CP信號經(jīng)過(guò)低通濾波器反饋到VCO引腳用來(lái)調整振蕩器頻率精度。為了獲得穩定的VCO調諧電壓，外部的環(huán)路濾波電路特別重要，它起到了維持環(huán)路穩定性、控制環(huán)路帶內外噪聲、防止VCO調諧電壓控制線(xiàn)上電壓突變、抑制參考邊帶雜散干擾等重要作用。

　　圖2 鎖相環(huán)結構圖

　　2.2射頻發(fā)射電路

　　AS3992芯片射頻信號以差分對的形式輸出，使用LC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )可以將巴倫的輸入端阻抗精確匹配到100Ω，通過(guò)2：1的巴倫即可輸出單端UHF信號。若僅使用AS3992內部功放，則其輸出功率最大僅為20 dBm，只能滿(mǎn)足近距離讀寫(xiě)。若要達到更遠的讀寫(xiě)距離，必須通過(guò)外部功率放大器進(jìn)行無(wú)失真放大;同樣為了整條射頻線(xiàn)路的阻抗匹配，在巴倫和功放間放置π型濾波網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行阻抗微調。

　　功率放大器可以將已經(jīng)被調制過(guò)的高頻載波信號進(jìn)行功率放大，經(jīng)過(guò)天線(xiàn)輻射到周?chē)詽M(mǎn)足接收機需要的激勵電磁場(chǎng)強度，并且對相鄰信道不產(chǎn)生影響。功率芯片SKY65111采用三級電壓控制，1 dB壓縮點(diǎn)增益在29.5 dBm.使用AS3992自帶的DAC，結合電壓跟隨器可以方便精確地調節功放的輸出功率;此外當外部功放固定時(shí)，通過(guò)AS3992自身發(fā)射功率的調節亦可適應不同距離的應用。

　　微波信號輸入/輸出的隔離需要通過(guò)耦合器，經(jīng)過(guò)耦合器出來(lái)的信號進(jìn)入一分四高頻切換開(kāi)關(guān)SKY14151，把一路信號根據應用需要可以切換到任一選中的天線(xiàn)接口。讀寫(xiě)器設計的4個(gè)天線(xiàn)接口，不僅擴展了其應用距離，而且由于一個(gè)讀寫(xiě)器可以有多個(gè)分節點(diǎn)發(fā)送和接收信息，當4個(gè)天線(xiàn)都對準同一個(gè)方向時(shí)，還能夠減少單天線(xiàn)的盲區降低誤碼率。

　　為了增加RFID讀寫(xiě)器的最遠距離，還需要對其發(fā)射功率進(jìn)行檢測。發(fā)射功率太大不僅會(huì )引起失真，還容易泄露到接收端形成干擾，所以一旦功率檢測器件監控到大于設定功率時(shí)，通過(guò)主控制器數字PID和DAC把微調量加載到功率芯片SKY65111的二三級電壓控制端，使得發(fā)射功率可控。