基于AS3992芯片的遠距離RFID讀寫器設計

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流和生態(tài)監(jiān)視等國民經(jīng)濟方方面面的大量應用，UHF頻段的RFID技術更是發(fā)展迅速，它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號可以自動識別目標對象、獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，適用于各類惡劣環(huán)境。RFID系統(tǒng)由標簽、讀寫器和天線三部分構成，其中RFID讀寫器最為關鍵。

　　1系統(tǒng)方案設計

　　基于AS3992芯片的遠距離RFID讀寫器系統(tǒng)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展開設計，環(huán)路濾波器配合內置VCO產生精確頻率;發(fā)射鏈路主要由巴倫、功率放大器、耦合器、高頻開關和多路天線接口組成，在關鍵通路上使用LC網(wǎng)絡和π型網(wǎng)絡調整阻抗匹配;射頻接收鏈路由天線、高頻開關、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讀寫器系統(tǒng)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(shù)/數(shù)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(tǒng)。外部控制器僅需通過8位并口或者SPI口即可實現(xiàn)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環(huán)路濾波器即可組成一個完整的鎖相環(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(shù)字邏輯脈沖轉換為模擬電流。CP信號經(jīng)過低通濾波器反饋到VCO引腳用來調整振蕩器頻率精度。為了獲得穩(wěn)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(wěn)定性、控制環(huán)路帶內外噪聲、防止VCO調諧電壓控制線上電壓突變、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)絡可以將巴倫的輸入端阻抗精確匹配到100Ω，通過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，只能滿足近距離讀寫。若要達到更遠的讀寫距離，必須通過外部功率放大器進行無失真放大;同樣為了整條射頻線路的阻抗匹配，在巴倫和功放間放置π型濾波網(wǎng)絡進行阻抗微調。

　　功率放大器可以將已經(jīng)被調制過的高頻載波信號進行功率放大，經(jīng)過天線輻射到周圍以滿足接收機需要的激勵電磁場強度，并且對相鄰信道不產生影響。功率芯片SKY65111采用三級電壓控制，1 dB壓縮點增益在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(jié)功放的輸出功率;此外當外部功放固定時，通過AS3992自身發(fā)射功率的調節(jié)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耦合器，經(jīng)過耦合器出來的信號進入一分四高頻切換開關SKY14151，把一路信號根據(jù)應用需要可以切換到任一選中的天線接口。讀寫器設計的4個天線接口，不僅擴展了其應用距離，而且由于一個讀寫器可以有多個分節(jié)點發(fā)送和接收信息，當4個天線都對準同一個方向時，還能夠減少單天線的盲區(qū)降低誤碼率。

　　為了增加RFID讀寫器的最遠距離，還需要對其發(fā)射功率進行檢測。發(fā)射功率太大不僅會引起失真，還容易泄露到接收端形成干擾，所以一旦功率檢測器件監(jiān)控到大于設定功率時，通過主控制器數(shù)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。