基于R2000芯片的讀寫器架構(gòu)分析 淺談R2000芯片之架構(gòu)

本文主要介紹的是關(guān)于R2000芯片的架構(gòu)分析，并著重對R2000芯片進行了描述。

R2000芯片

R2000芯片是一款高性能UHF頻段的超高頻讀寫器芯片，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(zhuǎn)換器等模擬前端，并且內(nèi)置了ISO/IEC 18000 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R2000芯片的所有通信和控制。

超高頻載波信號的通信頻率為840 MHz~960 MHz，R2000芯片集成了VCO、預(yù)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。PLL的輸出頻率由參考除法器的設(shè)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(zhuǎn)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(diào)整振蕩器頻率精度。為了獲得穩(wěn)定的VCO調(diào)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(nèi)外噪聲、防止VCO調(diào)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。

為了增加超高頻讀寫器的最遠距離讀取，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(shè)定功率時，通過主控制器數(shù)字PID和DAC把微調(diào)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。

基于超UHF頻段的遠距離超高頻讀寫器，隨著數(shù)據(jù)傳輸和分辨率的要求提高，MCU主控制器可以不斷升級，以適應(yīng)事務(wù)控制的擴充和處理速度的提高。

基于R2000芯片的讀寫器架構(gòu)分析

1 讀寫器系統(tǒng)框圖
基于R2000的讀寫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中控制器采用ARM7內(nèi)核處理器，除了R2000的一些必要外圍元件，系統(tǒng)和天線之間必須加環(huán)行器以滿足單天線應(yīng)用，TX口還必須加功放模塊。根據(jù)讀寫器的系統(tǒng)框圖，主要器件選型如下：

1．1 RFID寬頻環(huán)行器HYG504XX

作為單天線應(yīng)用的收發(fā)隔離，環(huán)形器一般用亞鐵磁性復(fù)合材料制成，這種材料具有各向異性的特點，環(huán)形器為三端口器件，端口1為輸入，端口2為輸出，端口3為隔離端口，能量幾乎不能穿過，以此類推，一般UHF讀寫器上用環(huán)形器使信號按順時針方向流通，當端口1為TX輸出時，RF信號會從端口2流過，而端口3即RX端口為隔離端，具體隔離度需參考器件參數(shù)和LAYOUT效果；相反，當端口2作為收發(fā)復(fù)用端接收信號時，信號會按順時針方向進入端口3，此時泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影響著接收機靈敏度即實際識別效果，因此需根據(jù)接收端LNA參數(shù)，在RX端加衰減器對TX泄露信號進行有效隔離，但由此產(chǎn)生一個問題，因為RX接收的有用信號本身就很少，在進行TX端泄露信號衰減的同時，RX端有用信號也被進一步削弱，因此也會影響到LNA的接收，因此，用環(huán)形器做收發(fā)隔離只能在一定程度上產(chǎn)生效果，對于TX輸出功率給定且：ERP不超過相關(guān)規(guī)定的情況下，要提高接收機靈敏度，必須考慮增大收發(fā)兩路的隔離度，視具體需求而定。

1．2 射頻開關(guān)HMC174

用來控制射頻輸出的通斷。在900 MHz頻段內(nèi)，輸入的1 dB壓縮點可以達到39 dBm，充分保證了HMC174可以承受輸入很高的射頻功率。輸入3階截取點可達到60 dBm，而前一級頻率合成器的輸出功率在3 dBm以內(nèi)，因而保證了信號通過射頻開關(guān)后的高線性度，最大限度地減少了射頻信號的失真。

1．3 射頻功率放大器PF01411B

PF01411B用做放大R2000的TX端輸出信號，使其滿足最大功率的輸出要求。PF01411B的主要特性為：高增益：三級放大，輸入功率0 dBm；高效率：輸出功率在35．5dBm時可達45％；增益控制范圍寬：典型值可達70dB。

1．4 射頻數(shù)控衰減器HMC273
HMC273用做衰減R2000的TX端輸出信號，功率校正用。

1．5 Impinj Indy R2000 UHF RFID讀寫器芯片

R2000是新一代UHF頻段RFID讀寫器SoC芯片，符合EPC global UHF Class 1 Gen 2／ISO 18000-6C國際標準，內(nèi)部集成ASK調(diào)制解調(diào)器、濾波器、功放、FPGA等模塊。

1．6 微處理單元AT91SAM7S256

該器件是32位微控制器，大大提升了微控制器的實時性能，整合了全套安全運行功能，包括由片上RC振蕩器計時的監(jiān)視器、電源以及閃存的硬件保護等。此外，該器件在最差條件下可以30 MHz的速度進行單時鐘周期訪問。

2 電源模塊和外設(shè)

電源模塊提供5 V，3．3 V，1．8 V的電壓，和外設(shè)做在同一塊底板上。適配器輸出的12 V直流電壓通過單片開關(guān)電源LM2676轉(zhuǎn)換成5 V，如圖2所示，其他所需電壓值通過LM1117系列LDO產(chǎn)生，如圖3所示。外設(shè)只提供以太網(wǎng)口、USB口、串口。

T91SAM7S256自帶以太網(wǎng)MAC，只需選用一片PHY，這里選DM9161AEP，電路如圖4所示。
PHY和MAC的接口采用RMII接口，以太網(wǎng)接口采用集成了網(wǎng)絡(luò)變壓器的HR911105A，增加信號傳輸?shù)目煽啃?。USB的接口電路如圖5所示，由于AT91SAM7S256芯片自帶USB控制器，這部分電路相對簡單，只需按照ATMEL的參考電路進行設(shè)計即可。串口電路如圖6所示，其中一個用做調(diào)試，在沒有顯示設(shè)備的情況下，啟動信息等可以從這個串口打印輸出到Windows中的超級終端上，方便設(shè)計前期的調(diào)試過程。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序
讀寫器在主機監(jiān)控下進行工作，該系統(tǒng)與主機之間形成主從通信模式。主控模塊上電完成正常初始化過程后，就進入等待狀態(tài)，等主機發(fā)來指令，當接收到主機指令后，按照主控程序進行相應(yīng)的工作。處理完畢后，將所得信息送往主機。主程序流程如框圖7所示。

4 小結(jié)

本文采用Impinj最新的R2000進行UHF RFID設(shè)計，可支持多協(xié)議兼容，標簽處理速度高達每秒400多張，此超高頻射頻識別系統(tǒng)尤其適用于物流、供應(yīng)鏈領(lǐng)域。實驗表明，以此為核心的讀寫器防碰撞性能好、高級DRM算法支持每秒處理400個標簽。這些特性減小了設(shè)備的開發(fā)復(fù)雜度，縮短了設(shè)備的研發(fā)周期，提高了系統(tǒng)性能，加快了設(shè)備的上市時間。

結(jié)語

關(guān)于R2000芯片的相關(guān)介紹就到這了，希望通過本文能讓你對R2000芯片有更深的認識，如有不足之處歡迎指正。