如今低功耗射頻產(chǎn)品線包括了多種專用及基于標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、高性能CMOS RF-IC，可用于涵蓋低于1GHz和2.4GHz的各種ISM頻帶的無(wú)線應(yīng)用。其產(chǎn)品包括了低功耗收發(fā)機(jī)及發(fā)射機(jī)、單芯片系統(tǒng)集成解決方案以及IEEE 802.15.4/ZigBeeTM兼容解決方案。 

　　低功耗RF-IC產(chǎn)品可用于一系列的住宅、建筑領(lǐng)域以及消費(fèi)電子的無(wú)線應(yīng)用：家庭和工業(yè)自動(dòng)化;即家居控智，安防報(bào)警;無(wú)線抄表;消費(fèi)類電于娛樂產(chǎn)品;鼠標(biāo)、鍵盤與無(wú)線USB及音頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域。 

　　然而在這些應(yīng)用中很重要的技術(shù)問(wèn)題是采用低功耗射頻收發(fā)機(jī)及發(fā)射機(jī)與高性能的模擬和超低功耗微控制器產(chǎn)品系列相組合成各類集成低功耗射頻技術(shù)應(yīng)用方案,以達(dá)到構(gòu)建報(bào)警及安全系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表讀取系統(tǒng)、主動(dòng)射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)及其他監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)之目的。 

　　為此本文將以源自T1公司的Chipcon CCl100多通道射頻收發(fā)機(jī)和CC2500射頻收發(fā)機(jī)及TRF7960射頻識(shí)別(RFID)讀取器等低功耗RF-IC產(chǎn)品為例對(duì)其芯片應(yīng)用特征和所構(gòu)建的有源RFID和無(wú)源RFID方案組成與應(yīng)用作分析說(shuō)明。 

　　有源RFID 

　　RFID是一種自動(dòng)獲取關(guān)于人，物品，時(shí)間，地點(diǎn)，交易的信息或數(shù)據(jù)的方式。幾毫秒內(nèi)完成識(shí)別操作，無(wú)可視要求，非接觸，苛刻環(huán)境下工作，無(wú)人為錯(cuò)誤。ID“標(biāo)簽”可以保存唯一的ID號(hào)，向標(biāo)簽讀寫數(shù)據(jù)，執(zhí)行加密和認(rèn)證，同時(shí)讀大量標(biāo)簽。 

　　有源RFID系統(tǒng)由三部分組成(見圖1)。 

 

　　圖1為有源RFUD系統(tǒng) 

　　·標(biāo)簽(Tag)：由無(wú)線收發(fā)模塊(可用CCl100多通道射頻收發(fā)機(jī)或CC2500射頻收發(fā)機(jī)作為無(wú)線通訊模塊)，天線，控制模塊(可用微控制器MSP430F2012)組成，通過(guò)電磁波與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 

　　·閱讀器(Reader)：由無(wú)線收發(fā)模塊(可用CCl100作為無(wú)線通訊模塊)，天線，控制模塊(可用微控制器MSP430F2012)和接口電路組成。 

　　·數(shù)據(jù)交換與管理糸統(tǒng)(Center Processor)：通過(guò)RS-232或RS-485接口與閱讀器(Reader)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 

　實(shí)際有源RFID平臺(tái)除了有一個(gè)閱讀器、3個(gè)標(biāo)簽(無(wú)線通訊模塊是CCl100與微控制器是MSP430F2012)之外,還必須由1個(gè)RS-232轉(zhuǎn)換板，1根串口線及上位機(jī)軟件;閱讀器通過(guò)RS-232轉(zhuǎn)換板和串口線與上位機(jī)相連，用來(lái)接收標(biāo)簽發(fā)送的的數(shù)據(jù);每個(gè)標(biāo)簽有自己的ID號(hào)，并定時(shí)發(fā)送自己的ID號(hào)給閱讀器。這方面利爾達(dá)公司有成熟的產(chǎn)品可用。 

　　有源RFID技術(shù)的構(gòu)建是CC1100多通道射頻收發(fā)機(jī)與高性能的模擬和超低功耗微控制器產(chǎn)品的組合。 

　　CC1100多通道射頻收發(fā)機(jī)(圖2)最大發(fā)射功率為10dBm;ISM頻段工作頻率,無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)：載頻頻率430—438MHz;高抗干擾能力和低誤碼率;透明的數(shù)據(jù)傳輸;多速率：提供1200bps、2400bps等多種通信波特率;低功耗及休眠功能分別為接收電流<16mA與發(fā)射電流<30mA及，休眠時(shí)電流僅為<10μA雙接口方式,TTL電平的UART接口和標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口可選 

  

　　圖2 為CC1100應(yīng)用電路示意圖 

　　用CC1100構(gòu)建有源RFID平臺(tái)的應(yīng)用舉例-高性能RF無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 

　　無(wú)線通訊模塊采用透明模式進(jìn)行通訊，即所收即所發(fā)，具有通訊距離遠(yuǎn)、低功耗、接口靈活等優(yōu)點(diǎn)，使用者無(wú)需編碼和控制。采用單片射頻集成電路及單片機(jī)MCU的無(wú)線模塊，外圍電路小，但可靠性高，故障率低，方便模組，應(yīng)用廣泛，適合一般有線系統(tǒng)的升級(jí)置換，如用于水、氣、熱、電計(jì)量表具無(wú)線遠(yuǎn)傳自動(dòng)抄表，無(wú)線溫濕度控制，設(shè)備監(jiān)控等。圖3為高性能RF無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方案框圖。產(chǎn)品具有CC1100特性外其通信距離(視距)大于300米,工作電壓為+3.0V。 

圖3為高性能RF無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方案框圖 

　　用CC2500構(gòu)建有源RFID平臺(tái)的應(yīng)用舉例-高速公路路徑識(shí)別系統(tǒng) 

　　該方案由CC2500射頻收發(fā)機(jī)作為無(wú)線傳感器與作為核心的超低功耗微控制器MSP430F14X及作為卡片用的MSP430F2012等主要芯片構(gòu)成高速公路路徑識(shí)別系統(tǒng)，即RSU路邊單元讀卡系統(tǒng)。 

　　車上的無(wú)線卡片采用CR2032電池供電，通過(guò)內(nèi)部ADC10定時(shí)檢測(cè)內(nèi)部電壓狀況，一端口控制LED進(jìn)行電壓狀態(tài)指示，靜態(tài)功耗小于3μA，壽命可達(dá)1年以上;內(nèi)部Timer-A定時(shí)啟動(dòng)CC2500進(jìn)入接收狀態(tài)接收RSU命令發(fā)射車輛ID號(hào)、車牌號(hào)等信息。安裝在高速公路口的RSU單元在通過(guò)車輛檢測(cè)裝置檢測(cè)到有車輛經(jīng)過(guò)的時(shí)候由內(nèi)部SPI接口控制CC2500向外發(fā)送要求車輛反饋信息的命令，在RSU單元接收到車輛信息校對(duì)完成后，將車輛信息通過(guò)內(nèi)部SPI接口存貯于EEPROM, 同時(shí)將信息通過(guò)GPS傳輸給公路管理部門記錄該車輛進(jìn)入高速的位置，在車輛從高速出口出來(lái)時(shí),安裝在出口處的RSU同樣檢測(cè)并記錄出口的位置，從而統(tǒng)計(jì)出該車所行駛的路段并計(jì)算各省段過(guò)路費(fèi)用分?jǐn)偨o各個(gè)管轄省區(qū)。MSP430內(nèi)部的WDT或者Basic-Timer可設(shè)置軟件陷阱，修復(fù)錯(cuò)誤狀況，保證整個(gè)考勤系統(tǒng)正常運(yùn)行。內(nèi)置的BOR模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控外部電源，保證單片機(jī)正常工作，避免因外部電源變化大導(dǎo)致的內(nèi)部溝閃存或RAM數(shù)據(jù)改寫等情況發(fā)生，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。除此之外CC2500的應(yīng)用范圍還可在無(wú)線游戲控制器、無(wú)線鍵盤/鼠標(biāo)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、無(wú)線音頻與運(yùn)動(dòng)及休閑設(shè)備上應(yīng)用。 

　　CC2500是高度集成、多通道RF收發(fā)機(jī)，設(shè)計(jì)用于2.4GHz 1SM頻帶內(nèi)的低功耗無(wú)線應(yīng)用。 

　　無(wú)源RFID 

　　無(wú)源RFID接收讀寫器發(fā)射的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行調(diào)制后反射給讀寫器(見圖4)，本射頻卡通信模塊(可用TRF7960)是基于13.56MHz頻率的非接觸卡讀寫模塊，可支持TI公司的Tag-it HF-1全系列卡片，符合S014443標(biāo)準(zhǔn)的高頻非接觸卡片。

 

　圖4 無(wú)源RFID框圖 

　　用TRF7960構(gòu)建 SD卡接口HF(1 3.56MHz)讀頭 

　　TRF7960/1射頻識(shí)別(RFID)讀取器是高度集成、多標(biāo)準(zhǔn)模擬前端及數(shù)據(jù)成幀系統(tǒng)，用于13.56MHzRFID讀取器。其內(nèi)置的編程選項(xiàng)使其成為各種應(yīng)用的理想選擇，包括近距離或近程的RFID系統(tǒng)。 

　　在RFID系統(tǒng)的應(yīng)用中讀頭是非常重要的環(huán)節(jié)，在性能上，需要考慮讀頭識(shí)別Tag(標(biāo)簽)的距離和需要考慮讀寫Tag的可靠性和安全性以及同時(shí)識(shí)別多個(gè)Tag時(shí)的防碰撞問(wèn)題。在應(yīng)用中，需要考慮讀頭對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便捷性。當(dāng)然在許多應(yīng)用中，讀頭設(shè)計(jì)還需要考慮低功耗性能。HF(13.56MHz)在RFID系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，HF有兩種標(biāo)準(zhǔn)，S015693，IS014443-A/B，這兩種標(biāo)準(zhǔn)都有非常高的可靠性和安全性，尤其是1S014443-B的協(xié)議可應(yīng)用在銀行、金融等安全性等級(jí)很高的場(chǎng)合。HF讀頭通常可以同時(shí)識(shí)別幾十個(gè)Tag，所以能實(shí)現(xiàn)較好的防碰撞設(shè)計(jì)。 

　　圖5中TRF796x系列是TI的HF讀頭芯片，同時(shí)涵蓋了IS015693+ IS014443-A/B這兩種協(xié)議，TRF796x內(nèi)置LDO時(shí)鐘輸出功能，不但可以省去外部LDO和MCU工作晶體的成本，同時(shí)由于內(nèi)置LDO的優(yōu)秀的PSRR性能，可極大的抑止其他電路對(duì)RF電路的影響，提升RF性能，增強(qiáng)讀寫TAG的距離。利用TRF796x的低功耗性能以及微指控制器MSP430系列的超低功耗特性，則可以實(shí)現(xiàn)微功耗HF讀頭的設(shè)計(jì)，靜態(tài)電流小于2μA，對(duì)于手持讀頭系統(tǒng)，這是一個(gè)非常好的特性。利用MSP430的高性能，我們可以輕松實(shí)現(xiàn)SD卡的接口，使得SD存儲(chǔ)這種小體積，大容量的，便攜的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸方式可以用到RFID的系統(tǒng)。 

  

　　圖5 微功耗HF(1 3.56MHz)讀頭組成框圖 

　　同樣由TRF796x系列利用SP3232，可以輕松實(shí)現(xiàn)從UART到RS-232的轉(zhuǎn)換，通過(guò)RS-232實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他主機(jī)設(shè)備通訊, 實(shí)現(xiàn)RS-232接口的HF(13.56MHz)讀頭方案;用TUSB3410，我們可以輕松實(shí)現(xiàn)從UART到USB的轉(zhuǎn)換，通過(guò)USB實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他USB主機(jī)設(shè)備通訊,實(shí)現(xiàn)USB接口的HF(13.56MHz)讀頭方案。 

　　用TRF7960構(gòu)建智能鎖 

　　該方案采用超低功耗單片機(jī)MSP430F2232為核心結(jié)合TRF7960智能卡讀頭和13.56MHZ高頻卡片實(shí)現(xiàn)門鎖的感應(yīng)式智能控制。圖6為用TRF7960構(gòu)建智能鎖方案示意圖。 

  

　　圖6 為用TRF7960構(gòu)建智能鎖方案示意圖 

　　該方案采用干電池供電，片內(nèi)12位A/D定時(shí)采集內(nèi)部電壓狀況，一端口控制LED進(jìn)行電壓狀態(tài)指示和認(rèn)證指示，靜態(tài)功耗小于3μA，最大限度的延長(zhǎng)了電池的使用壽命，無(wú)需經(jīng)常更換電池;片內(nèi)定時(shí)器Timer_A定時(shí)啟動(dòng)TRF7960無(wú)源卡片讀頭感應(yīng)外部卡片和讀取信息，TRF7960讀取的卡片信息通過(guò)SPI接口傳輸紿MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和身份驗(yàn)證：卡片識(shí)別驗(yàn)證通過(guò)后，MCU控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器BA6289;驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開門鎖，同時(shí)蜂鳴器和LED燈閃爍指示;在門處于敞開狀態(tài)時(shí)，MCU實(shí)時(shí)檢測(cè)門鎖狀態(tài)，報(bào)警提醒關(guān)閉門鎖，避免不必要的財(cái)物損失：卡片的驗(yàn)證信息等存貯于外部EEPROM (CAT24C128型),隨時(shí)調(diào)用該方案13.56MHZ的無(wú)源卡片基于IS01 5693協(xié)議，識(shí)別距離可達(dá)10GM左右，具有讀卡功耗低、感應(yīng)距離遠(yuǎn)、性能穩(wěn)定、體積小、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是新一代家用和商用智能鎖的最佳選擇方案。