基于AT88RF256的RF射頻研究

　　0 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(chēng)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(chēng)。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于10000 次的稱(chēng)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(chēng)為射頻。信息源經(jīng)過(guò)二次調(diào)制，用線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)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(chǎng)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(xiàn)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*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(lèi);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(lèi);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(xiàn)改寫(xiě)式和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)改寫(xiě)式三大類(lèi);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(lèi)。

　　(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(xiàn)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(xiàn)及電子標(biāo)簽天線(xiàn)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。

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