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如今低功耗射頻產品線包括了多種專用及基于標準的低功耗、高性能CMOS RF-IC，可用于涵蓋低于1GHz和2.4GHz的各種ISM頻帶的無線應用。其產品包括了低功耗收發機及發射機、單芯片系統集成解決方案以及IEEE 802.15.4/ZigBeeTM兼容解決方案。 低功耗RF-IC產品可用于一系列的住宅、建筑領域以及消費電子的無線應用：家庭和工業自動化;即家居控智，安防報警;無線抄表;消費類電于娛樂產品;鼠標、鍵盤與無線USB及音頻傳輸等領域。 然而在這些應用中很重要的技術問題是采用低功耗射頻收發機及發射機與高性能的模擬和超低功耗微控制器產品系列相組合成各類集成低功耗射頻技術應用方案,以達到構建報警及安全系統、自動化儀表讀取系統、主動射頻識別(RFID)系統及其他監測和控制系統之目的。 為此本文將以源自T1公司的Chipcon CCl100多通道射頻收發機和CC2500射頻收發機及TRF7960射頻識別(RFID)讀取器等低功耗RF-IC產品為例對其芯片應用特征和所構建的有源RFID和無源RFID方案組成與應用作分析說明。 有源RFID RFID是一種自動獲取關于人，物品，時間，地點，交易的信息或數據的方式。幾毫秒內完成識別操作，無可視要求，非接觸，苛刻環境下工作，無人為錯誤。ID“標簽”可以保存唯一的ID號，向標簽讀寫數據，執行加密和認證，同時讀大量標簽。 有源RFID系統由三部分組成(見圖1)。 圖1為有源RFUD系統 ?標簽(Tag)：由無線收發模塊(可用CCl100多通道射頻收發機或CC2500射頻收發機作為無線通訊模塊)，天線，控制模塊(可用微控制器MSP430F2012)組成，通過電磁波與閱讀器進行數據交換。 ?閱讀器(Reader)：由無線收發模塊(可用CCl100作為無線通訊模塊)，天線，控制模塊(可用微控制器MSP430F2012)和接口電路組成。 ?數據交換與管理糸統(Center Processor)：通過RS-232或RS-485接口與閱讀器(Reader)進行數據交換。 實際有源RFID平臺除了有一個閱讀器、3個標簽(無線通訊模塊是CCl100與微控制器是MSP430F2012)之外,還必須由1個RS-232轉換板，1根串口線及上位機軟件;閱讀器通過RS-232轉換板和串口線與上位機相連，用來接收標簽發送的的數據;每個標簽有自己的ID號，并定時發送自己的ID號給閱讀器。這方面利爾達公司有成熟的產品可用。 有源RFID技術的構建是CC1100多通道射頻收發機與高性能的模擬和超低功耗微控制器產品的組合。 CC1100多通道射頻收發機(圖2)最大發射功率為10dBm;ISM頻段工作頻率,無需申請頻點：載頻頻率430—438MHz;高抗干擾能力和低誤碼率;透明的數據傳輸;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與發射電流＜30mA及，休眠時電流僅為＜10μA雙接口方式,TTL電平的UART接口和標準的RS-232接口可選。 圖2 為CC1100應用電路示意圖 用CC1100構建有源RFID平臺的應用舉例-高性能RF無線數據傳輸 無線通訊模塊采用透明模式進行通訊，即所收即所發，具有通訊距離遠、低功耗、接口靈活等優點，使用者無需編碼和控制。采用單片射頻集成電路及單片機MCU的無線模塊，外圍電路小，但可靠性高，故障率低，方便模組，應用廣泛，適合一般有線系統的升級置換，如用于水、氣、熱、電計量表具無線遠傳自動抄表，無線溫濕度控制，設備監控等。圖3為高性能RF無線數據傳輸技術方案框圖。產品具有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無線數據傳輸技術方案框圖 用CC2500構建有源RFID平臺的應用舉例-高速公路路徑識別系統 該方案由CC2500射頻收發機作為無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等主要芯片構成高速公路路徑識別系統，即RSU路邊單元讀卡系統。 車上的無線卡片采用CR2032電池供電，通過內部ADC10定時檢測內部電壓狀況，一端口控制LED進行電壓狀態指示，靜態功耗小于3μA，壽命可達1年以上;內部Timer-A定時啟動CC2500進入接收狀態接收RSU命令發射車輛ID號、車牌號等信息。安裝在高速公路口的RSU單元在通過車輛檢測裝置檢測到有車輛經過的時候由內部SPI接口控制CC2500向外發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完成后，將車輛信息通過內部SPI接口存貯于EEPROM, 同時將信息通過GPS傳輸給公路管理部門記錄該車輛進入高速的位置，在車輛從高速出口出來時,安裝在出口處的RSU同樣檢測并記錄出口的位置，從而統計出該車所行駛的路段并計算各省段過路費用分攤給各個管轄省區。MSP430內部的WDT或者Basic-Timer可設置軟件陷阱，修復錯誤狀況，保證整個考勤系統正常運行。內置的BOR模塊實時監控外部電源，保證單片機正常工作，避免因外部電源變化大導致的內部溝閃存或RAM數據改寫等情況發生，增強了整個系統的安全性。除此之外CC2500的應用范圍還可在無線游戲控制器、無線鍵盤/鼠標、消費電子產品、無線音頻與運動及休閑設備上應用。 CC2500是高度集成、多通道RF收發機，設計用于2.4GHz 1SM頻帶內的低功耗無線應用。 無源RFID 無源RFID接收讀寫器發射的信號并對其進行調制后反射給讀寫器(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標準的高頻非接觸卡片。 圖4 無源RFID框圖 用TRF7960構建 SD卡接口HF(1 3.56MHz)讀頭 TRF7960/1射頻識別(RFID)讀取器是高度集成、多標準模擬前端及數據成幀系統，用于13.56MHzRFID讀取器。其內置的編程選項使其成為各種應用的理想選擇，包括近距離或近程的RFID系統。 在RFID系統的應用中讀頭是非常重要的環節，在性能上，需要考慮讀頭識別Tag(標簽)的距離和需要考慮讀寫Tag的可靠性和安全性以及同時識別多個Tag時的防碰撞問題。在應用中，需要考慮讀頭對外數據傳輸及數據存儲的便捷性。當然在許多應用中，讀頭設計還需要考慮低功耗性能。HF(13.56MHz)在RFID系統中應用非常廣泛，HF有兩種標準，S015693，IS014443-A/B，這兩種標準都有非常高的可靠性和安全性，尤其是1S014443-B的協議可應用在銀行、金融等安全性等級很高的場合。HF讀頭通常可以同時識別幾十個Tag，所以能實現較好的防碰撞設計。 圖5中TRF796x系列是TI的HF讀頭芯片，同時涵蓋了IS015693+ IS014443-A/B這兩種協議，TRF796x內置LDO時鐘輸出功能，不但可以省去外部LDO和MCU工作晶體的成本，同時由于內置LDO的優秀的PSRR性能，可極大的抑止其他電路對RF電路的影響，提升RF性能，增強讀寫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，則可以實現微功耗HF讀頭的設計，靜態電流小于2μA，對于手持讀頭系統，這是一個非常好的特性。利用MSP430的高性能，我們可以輕松實現SD卡的接口，使得SD存儲這種小體積，大容量的，便攜的數據存儲及傳輸方式可以用到RFID的系統。 圖5 微功耗HF(1 3.56MHz)讀頭組成框圖 同樣由TRF796x系列利用SP3232，可以輕松實現從UART到RS-232的轉換，通過RS-232實現與計算機或其他主機設備通訊, 實現RS-232接口的HF(13.56MHz)讀頭方案;用TUSB3410，我們可以輕松實現從UART到USB的轉換，通過USB實現與計算機或其他USB主機設備通訊,實現USB接口的HF(13.56MHz)讀頭方案。 用TRF7960構建智能鎖 該方案采用超低功耗單片機MSP430F2232為核心結合TRF7960智能卡讀頭和13.56MHZ高頻卡片實現門鎖的感應式智能控制。 該方案采用干電池供電，片內12位A/D定時采集內部電壓狀況，一端口控制LED進行電壓狀態指示和認證指示，靜態功耗小于3μA，最大限度的延長了電池的使用壽命，無需經常更換電池;片內定時器Timer_A定時啟動TRF7960無源卡片讀頭感應外部卡片和讀取信息，TRF7960讀取的卡片信息通過SPI接口傳輸紿MCU進行數據處理和身份驗證：卡片識別驗證通過后，MCU控制電機驅動器BA6289;驅動電機打開門鎖，同時蜂鳴器和LED燈閃爍指示;在門處于敞開狀態時，MCU實時檢測門鎖狀態，報警提醒關閉門鎖，避免不必要的財物損失：卡片的驗證信息等存貯于外部EEPROM (CAT24C128型),隨時調用該方案13.56MHZ的無源卡片基于IS01 5693協議，識別距離可達10GM左右，具有讀卡功耗低、感應距離遠、性能穩定、體積小、性價比高等特點，是新一代家用和商用智能鎖的最佳選擇方案。 |
