[信息与通信]超高频无源电子标签芯片

1、超高频无源电子标签芯片的模拟电路设计摘要:电子标签芯片是无线射频识别(RFID)技术的核心，其模拟电路的设计十分关键。基于ISO/IEC 18000-6C标准，以设计出符合标准的标签芯片为设计目标，超高频(UHF)无源电子标签芯片模拟电路被提出。它分为电源产生电路、调制解调电路以及上电复位模块等模块。设计结果表明，设计的电路具有很高的整流效率，满足了设计需求。 无线射频识别(RFID)是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。基本的RFID 系统由电子标签、阅读器及应用支撑软件等几部分组成。 电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着

2、在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。 电子标签通常由标签天线(或线圈)和标签芯片组成。电子标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统(SoC)。从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，阅读器是根据电子标签的设计而设计的。 电子标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式和被动式两种。主动式标签主动向阅读器发送射频信号，通常由内置电池

3、供电，又称为有源电子标签；被动式标签不带电池，又称为无源电子标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。无源电子标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后，将部分电磁能量转化为供自己工作的能量。 一般来说，有源电子标签具有更远的通信距离，但其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。无源电子标签具有价格低的优势，尽管其工作距离和存储容量受到能量的限制，但有巨大的市场潜力，是目前业界研发的热点。 无源电子标签芯片主要包括3个部分：模拟电路、数字控制和电可擦除可编程只读存储器(E2PROM)模块。其中，模拟电路模块又包括电源产生电路、调制解调电路等。1 超高频无源电子标

4、签芯片模拟电路的设计要求 超高频(UHF)无源电子标签芯片是基于ISO/IEC 18000-6C标准而设计的1，ISO/IEC 18000-6C标准是继ISO/IEC 18000-6A、ISO/IEC 18000-6B标准之后的新标准，它对前两种标准的协议特点进行了一系列有效的修正与扩充。其中物理层数据编码、调制方式、防碰撞算法等一些关键技术有了改进，使得ISO/IEC 18000-6C的性能比ISO/IEC 18000-6A、ISO/IEC 18000-6B有了很大的提高。 在标签设计时，标签芯片的模拟电路部分必须要与标准中规定的空中接口参数相一致，其主要参数规格如表1所示。 表1中的参数主

5、要是按照ISO/IEC 18000-6C标准选择，其中标签射频输入功率的计算过程如下。 由电磁场理论可知标签天线处的电磁场能量密度：S =P /Ae =P /2/(4)=4P /2=1/2E 2/，其中S是标签天线处的电磁场能量密度，P是标签天线接收到的能量，Ae是标签天线的等效接收面积，是阅读器发射电磁波的波长，E是标签天线处的电场强度，是空气的波阻抗。进而推导出标签天线处的电场强度为：。 当采用半波对称阵子当作标签天线时，每个阵子长度为/4，所以标签天线上的感应电压为：U =Ed =，其中d为单个阵子的长度。 由电荷泵电路可知，电荷泵输入端的电压必须大于等于0.8 V时才能开启整个电荷泵电

6、路进行充电。因此U0.8 V，也即：0.8，把空气的波阻抗=120带入可求得P1.1 mW。也即射频输入功率至少为1.1 mW才能使标签正常工作。2 模拟电路设计 无源电子标签芯片的模拟电路部分主要分为调制电路、解调电路和电源产生电路3个部分，除此之外还有上电复位电路等，如图1所示。 调制电路对基带数据进行射频调制，设计中主要采用逆向散射调制，即用数据比特流调制标签天线的输入阻抗来改变反射回阅读器信号的幅度，从而实现类似于幅度调制(AM)的逆向散射调制。解调电路完成对阅读器发射来的命令信息进行解调，电源产生电路必须能够为芯片中的电路提供稳定充足的电能，在设计中采用电荷泵作为电源产生电路。此电路

7、相对较为复杂，是整个芯片模拟电路部分最为关键的部分。2.1 调制电路 标签芯片是基于ISO/IEC 18000-6C标准设计的，因而标签芯片中的调制电路采用逆向散射调制来实现FM0/Miller+ASK调制，也就是用数据比特流调制标签天线的输入阻抗来改变反射回阅读器信号的幅度，从而实现类似于AM调制的逆向散射调制，如图2所示。 此标签芯片逆向散射调制电路采用消除了衬底调制效应的互补金属氧化物半导体(CMOS)开关电路来实现，用数字电路送过来的数据比特来控制CMOS开关的开与关，也即改变单沟道CMOS开关的输入阻抗，由于CMOS开关是并联在天线两端的，因而就改变了天线的输入阻抗，实现了逆向散射调

8、制的功能。2.2 解调电路 芯片的解调电路如图3所示，从天线接收过来的信号先经过频带选择滤波器滤波，然后用包络检波电路检波，再用施密特触发器对波形进行整形，最后使用1.28 MHz的本地时钟对整形后的数据进行采样并计数每个数据比特对应的1.28 MHz脉冲的个数。 (1) 带通滤波器 为了减少电容和电感数量，节省芯片面积，采用2级反转Chebyshev滤波器，仿真结果表明其中心频率为905 MHz，带宽是220 MHz，相对带宽是24，满足了设计要求。 (2) 包络检波器 包络检波器由二极管和并联的RC电路组成，只有时间常数RC大于等于载波周期的100倍时，包络检波器的输出信号才能够正确地跟随

9、输入端调制信号的包络变化2。鉴于芯片采用CMOS工艺，我们使用金属氧化物半导体(MOS)管实现包络检波器中的二极管、电容和电阻。 在ADS中仿真设计的包络检波器，结果表明：当输入的ASK调制信号的载波频率在860960 MHz间变化，基带信号周期在6.2525 ?滋s间变化时，检波器均能较好的解调出包络。但检波后得到的信号波形不是理想的矩形脉冲，出现了较大的变形，因此为了保证后续电路的正常工作，必须对变形的波形进行整形处理。 (3) 施密特触发器的设计 由上面的分析可知，包络检波后的信号出现变形，可能会导致后续的解码电路产生错误，因此需要对出现变形的信号进行整形处理。我们采用施密特触发器来消除

10、脉冲变形。 (4) 本地时钟电路的设计 由于阅读器到标签的数据速率在26.7128 kb/s之间变化，标签到阅读器的数据速率在40640 kb/s之间变化，因此为了正确地调制和解调数据，必须有多种速率的时钟。经过计算得知：芯片中只要有一个1.28 MHz的时钟，经过一系列的分频就可以得到所需的全部时钟。由于时钟速率很低(1.28 MHz)，使用常用的LC振荡器实现时钟电路，将要用到非常大的电感和电容，而在面积很小的芯片中实现大数值的电感和电容是不现实的，因而不能采用LC振荡器。 本次设计中我们采用环形振荡器来产生本地时钟3-4。此环形振荡器由奇数个CMOS反相器闭环连接构成，这样的环形振荡器具

11、有集成度高和消耗能量少的优点。此外为了增加每级反相器的延迟时间，除最后一级反相器外的反相器输出端和地之间都接有电容。改变反相器的级数、电容数值以及MOS管的尺寸可以调整振荡器的振荡频率到所需的数值5。我们设计中采用5级反相器构成环形振荡器，为了提高集成度，我们使用漏极和源极连接到地的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)管当作电容，调整MOS管的长度和宽度，最后在ADS中仿真时钟电路得到的仿真结果表明可以作为芯片中所需的1.28 MHz的时钟源。2.3 电源产生电路 电源产生电路结构框图如图4所示。天线接收到的射频信号经过射频-直流(RF-DC)转换电路转化为不低于VL的直流电压，然后经电压限幅器

12、限幅后得到稳定的直流电压VL(2.8 V)供给除E2PROM外的电路工作；VL和本地时钟信号经过直流-直流(DC- DC)转换电路和电压限幅器转化为直流电压VH(12 V)供E2PROM使用。 (1) RF-DC转换电路 RF-DC转换电路基于电荷泵电路设计，其原理如图5所示，芯片设计时用栅源短接的增强型NMOS管代替图5中的二极管。设RF-DC转换电路所需二极管的最小个数为n1，则所需电容个数也为n1，由于每级电荷泵由2个电容和2个二极管构成，n1必须为偶数。 (2) DC-DC转换电路 DC-DC转换电路也是采用电荷泵原理来设计。由于电子标签解调电路已有本地时钟电路(通常采用CMOS环形振

13、荡器产生幅度为VL /2的时钟信号)，因此用时钟信号代替射频信号对电荷泵充电，并从RF-DC转换电路已产生的直流电压VL开始充电可以显著减少DC-DC转换电路的电路级数。设此电路所需二极管最小个数为n2，则此电路所需二极管最小个数n2为6：其中表示偶数上取整，即先执行上取整，如果上取整后不是偶数则数值加1。 (3) 电压限幅器 标签工作时，由于标签和阅读器距离的变化以及传播环境的不同，标签天线接收到的射频信号的幅度变化可以高达10倍以上，使电源产生电路输出的直流电压产生很大的波动。因此必须对RF-DC、DC-DC转换电路的输出电压进行限幅。我们采用稳压二极管限幅原理对RF-DC、DC-DC转换

14、电路的输出电压进行上限幅，即把多个饱和MOS管串联起来充当二极管限幅器。调整MOS管的宽长比以及掺杂浓度来调整限幅值为所需数值。3 结束语 本文基于ISO/IEC 18000-6C标准，给出了UHF无源电子标签芯片模拟电路的设计，设计结果表明电路具有很高的整流效率，满足了设计要求。下一步的研究将进行标签芯片的版图设计和流片，用实际测试结果来进一步验证设计的有效性。UHFRFID标签芯片模拟射频前端设计 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=81 t _blank 查看最近90天中添加的最新产品 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp

15、?advid=25 t _blank 最新电子元器件资料免费下载 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=110 t _blank 派睿电子TI有奖问答 - 送3D汽车鼠标 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=115 t _blank IR推出采用焊前金属的汽车级绝缘栅双极晶体管 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=28 t _blank 全球电子连接器生产商samtec HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=67 t _blank 最新断路

16、器保护套 0 引言超高频无线射频识别(RFID)技术具有非接触式、识别速度快、作用距离远、存储容量大、可多卡识别等优点，已广泛应用于生产、零售、交通、物流等行业。UHF RFID无源标签芯片作为超高频射频识别系统的核心组成部分，近年来一直是国内外研究的热点。研究和设计低功耗、小尺寸、高动态范围的模拟射频前端，可以解决UHF RFID标签芯片的关键技术难题，并推动超高频标签芯片快速发展。在此针对ISO18000-6CB标准，研究和分析了UHF RFID无源标签芯片的系统组成以及模拟射频前端的 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1053.html t _b

17、lank 电路方案。基于Cadence Spectre设计仿真平台和TSMCO18m CMOS混合信号工艺，对模拟射频前端的整流电路、稳压电路、ASK调制解调电路、上电复位电路、时钟产生电路等核心模块进行了设计与仿真，通过MPW项目流片实现。最后，给出了芯片各模块的测试结果。1 标签芯片工作原理与系统结构UHF RFID系统主要由后台数据处理计算机、RFID阅读器和 HYPERLINK :/ dzsc t _blank 电子标签三部分组成。当处在阅读器的电磁场范围内时，无源电子标签通过电磁场耦合获得能量，利用整流电路将交流转变为直流，对内部其他模块进行供电。标签通过ASK解调电路从射频脉冲中解

18、调出指令和数据，并送至基带数字电路模块。基带数字电路根据接收到的指令进行一系列数据操作。标签通过控制 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/30.html t _blank 天线接口的阻抗，从而改变天线接口的反射系数来对数据信号进行调制。数字电路的系统时钟由本地 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1050.html t _blank 振荡器产生。UHF RFID标签芯片系统框图如图1所示。系统包括模拟射频前端和数字部分。模拟射频前端主要实现 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile

19、/2937.html t _blank 电源产生、调制解调、时钟产生、上电复位等功能。数字控制部分控制着标签内部数据的流向，按照接收到的指令，控制标签进行状态转换、存储及返回所需要的内容，包括命令解析、数据编码、数据存储、读写等功能。对于UHF RFID无源标签芯片，难点在于如何实现超低功耗的电路设计。由于芯片不带 HYPERLINK :/ dzsc /product/file505.html t _blank 电池，芯片内部各模块工作所需电源完全依靠感应阅读器所发送的电磁波，整流电路将天线获得的射频能量进行转化并存储在储能电容中的直流能量。例如按照北美标准，阅读器的等效全向辐射功率(EIRP

20、)为36 dBm。在自由空间中，电磁波在5 m距离处衰减约455 dB，标签所获得的最大功率不超过100W，而供芯片内部使用的功率仅为几十W。为了达到最大的阅读距离，需要在两个方面做出努力：减小模拟和数字部分的功耗；提高整流电路的整流效率。2 模拟射频前端各模块电路设计21 整流电路整流电路的功能主要是将天线感应的射频能量转化为供后级各模块使用的直流能量，整流电路的电路结构如图2所示。N级整流电路包含2N只整流 HYPERLINK :/ dzsc /product/file284.html t _blank 二极管和2N只耦合电容，与输出相连的电容为储能电容。天线的两端RFin+和RFin-直

21、接或者通过匹配网络连接到整流电路的输入端，通常RFin-端接地。下标为奇数的电容与下标为偶数的电容分别在输入电压的负半周期和正半周期进行充电、储能，从而产生直流电压，表达式为：式中：VDD是整流电路的输出直流电压；VpRF是输入射频信号的幅度；VfD HYPERLINK :/ dzsc /product/file286.html t _blank 整流二极管的正向电压；N是采用的整流级数。从式(1)中可以看出，整流二极管上消耗的电压越小，输出电压越大，也意味着其尺寸越大，将导致其反向泄露电流增大，从而降低整流效率。因此，设计中需要对各种指标进行折中。根据UHF RFID标签芯片系统需要，所设计

22、的整流电路可以实现高低两个电平输出。22 稳压电路稳压电路是将整流电路输出直流电压稳定在特定电平上，为整个标签芯片提供稳定的工作电压。由于标签空间位置的不确定性，使其与读写器的距离相应不固定，以至于标签天线接收的功率变化可达l 000倍以上。因此，需设计稳压电路，以保证标签芯片不会由于物理位置变化引起直流工作电压幅度的改变，从而增大标签芯片的工作动态范围。稳压电路的结构如图3所示。稳压电路的基本原理是将输出电压的和芯片内部的基准电压进行比较，比较的结果通过误差 HYPERLINK :/ dzsc /product/file501.html t _blank 放大器放大，输入到调整管的栅极，改变

23、调整管的栅源电压，调节其输出电流来跟踪负载，从而使低压差线性 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1887.html t _blank 稳压器的输出电压稳定。23 上电复位电路射频标签供电电源建立成功后，必须给电子标签中的数字电路提供一个启动信号来使电路处于Stand by状态，等待数据帧的开始。这个启动信号由上电复位电路提供。上电复位电路结构如图4所示。工作原理如下：随着电源电压VDD的升高，由于C1和反相器中4个长沟道PMOS的延迟作用，使得采样电路输出的低电压VB经过反相器得到的C点电压VC与电源电压VDD之间的压差大于 HYPERLINK :/

24、dzsc /product/searchfile/552.html t _blank 晶体管 HYPERLINK :/ dzsc /stock-ic/MP10.html t _blank MP10的阈值电压，且能为C2赢得足够的充电时间。当充电到电容C2上的电压VE大于整形电路第一个反相器中晶体管MN6的阈值电压时，晶体管MN6导通，输出电压VF翻转为低电平。再经过反相，在整形电路的输出端可以得到复位信号的上升沿。充电完成后，紧接着C2通过晶体管MN；放电，通常放电速度比充电速度更慢。当放电到C2上的电压小于晶体管MN6的阈值电压，晶体管MN6截止，输出电压VF翻转为高电平，此时在整形电路的输

25、出端得到复位信号的下降沿。24 解调电路对于超高频RFID标签芯片的ASK解调电路，通常采用包络检波方式。解调电路的框图如图5所示。按照18000-6CB标准，电路输入信号的包络频率范围为40160 kHz，脉宽失真小于10。包络检波器由一级Dickson电路和R2，C3组成的低通 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1095.html t _blank 滤波器组成。产生的包络信号先送入比较器的负端，再通过低通滤波为比较器提供参考电压。比较器采用迟滞比较器，具有良好噪声抑制性能、高动态范围等特点。采用两级反相器目的是将输出电压进行整形，产生规则的方波信号

26、。随着RFID标签距离阅读器远近不同，输入的射频信号幅度可能在几百mV到几V之间变化，包络检波器输出的直流电平会有很大变化。在包络检波器输出端并联一个泄流电路，其作用是在输入信号过大时对后端比较电路起到泄流稳压的保护作用，从而避免后端电路工作失常。为了降低功耗，泄流电路在输入电平较小时需保持关断状态。25 调制电路根据标准要求采用反向散射的调制方法，通过改变芯片输入阻抗来改变芯片与天线间的反射系数，从而实现ASK调制。天线阻抗与芯片输入阻抗在“0”状态下共轭匹配，而在“1”状态下存在一定失配。图6为调制电路框图，电容C1并联在天线两端，晶体管M1等效为一个 HYPERLINK :/ dzsc

27、/product/file411.html t _blank 开关，通过控制开关的开启，决定了电容是否接入芯片输入端，从而改变了芯片的输入阻抗，最终实现ASK调制。26 时钟产生电路时钟产生电路采用环形振荡器电路，并加入电压和温度补偿电路，保证在不同的工作电压和温度下，频率偏移在规定的范围(1)内，电路框图如图7所示。电压补偿主要依靠一个电压基准电路产生一个基准电压源，提供给五级环形振荡器作为工作电压，这样就能保证在输入电压在O911 V变化范围内，最大频偏能满足要求。环形振荡器的振荡频率呈正温度系数特性，故需加入一个负温度系数的补偿电路，并优化五级环形振荡器的有源器件的宽长比，使其温度系数恰

28、与自身的温度系数互补，使时钟产生电路输出频率稳定。3 测试结果基于Cadence Spectre设计仿真平台和TSMC018m CMOS混合信号工艺，对UHF RFID标签芯片模拟射频前端进行设计和仿真，并通过MPW项目流片实现。模拟射频前端芯片不含测试焊盘的核心电路的芯片面积为490m420m，图8是芯片实物照片。使用 HYPERLINK :/ dzsc /stock-ic/AGILENT.html t _blank Agilent E4432B信号源对模拟射频前端进行激励，输入载频为915 MHz的ASK调制信号。图9为整流电路输出波形，并测得稳压电路高、低输出电压分别稳定在1O V和18

29、 V。图10解调电路的输出波形，可看出该电路能正确解调40160 kHz的ASK调制信号。图11(a)是上电复位电路输出波形，脉冲宽度大于30s。时钟产生电路输出如图11(b)所示，可看出波形近似方波且占空比约50。使用AgilentN5230A矢量网络 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/2906.html t _blank 分析仪给芯片输入频率为915 MHz，功率-5 dBm的测试信号，测得“O”和“1”两种状态下标签反射系数相差12。一种电子标签识读终端的研究与设计 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=81

30、 t _blank 查看最近90天中添加的最新产品 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=25 t _blank 最新电子元器件资料免费下载 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=110 t _blank 派睿电子TI有奖问答 - 送3D汽车鼠标 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=115 t _blank IR推出采用焊前金属的汽车级绝缘栅双极晶体管 HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=28 t _blank 全球电子连接器生产商samt

31、ec HYPERLINK :/ dzsc /advcount.asp?advid=67 t _blank 最新断路器保护套 HYPERLINK :/ dzsc t _blank 电子标签和识读终端是构成射频识别系统的基本条件。本文对低频电子标签与识读终端之间的作用基理进行了研究分析，据此提出了以基站芯片 HYPERLINK :/ dzsc /stock-ic/EM4095.html t _blank EM4095为射频接口的识读终端硬件设计，并对解码程序设计中的关键问题进行了具体论述。1 引言射频识别(RFID)是利用无线方式对电子数据载体(电子标签)进行识别的一种新兴技术。与接触式Ic卡和条

32、形码识别等系统比较，它有着巨大的优势。利用射频识别技术，能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理，达到高效快捷运作的目的，特别是在物流、交通航运、自动收费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。针对工作频率为 HYPERLINK :/ dzsc /icstock/233/100KHZ.html t _blank 100kHz一150kHz的电子标签 HYPERLINK :/ dzsc /stock-ic/EM4100.html t _blank EM4100本文提出了其识读终端的设计。2 无源射频芯片EM4100工作基理EM4100系列为微型低功耗电子标签芯片，工作频率范围为100kHz

33、 150kHz，主时钟及工作电源取自识读器发射的信号。作为接收 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/30.html t _blank 天线的 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/59.html t _blank 线圈和微芯片已连好并封装在一起。内部 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1053.html t _blank 电路分模拟模块和数字模块2大部分。模拟模块包括：全波整流电路，时钟提电路，调制电路；数字模块包括： 序列发生器，只读存贮器数据编码器。无源电子标签与识读器之

34、间的作用距离满足关系r(工作波长)，根据天线理论，属于天线近区场(即感应场)。因此，电子标签天线与识读终端天线之间的作用是基于电磁感应原理，等效电路见图1。其中，Ll为识读器发射天线电感，L2为电子标签线圈电感，R2为电子标签线圈的内阻，R L为电子标签谐振回路的等效负载。图1 信号耦合等效电路互感M在 L2上产生的电压 作为 L2回路的信号源，由等效电路可推得回路的输出电压表达式：在其他因素不变时，若识读终端发射的信号频率与该谐振电路的谐振频率() 相等，则输出电压最大；偏离谐振频率时，电压将快速减小。谐振信号经整流滤波后作为片工作电源，当该电压值达到EM4100的要求时，芯片启动工作。该谐

35、振电路的输出电压值取决于Q值、交变磁场强度及频率。显然，电子标签与识读终端之间的距离直接影响该电压值。在时钟提取电路从线圈感应信号提取的主时钟作用下，序列发生器发出 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/310.html t _blank 存储器寻址、数据串行输出控制、数据编码控制等信号。芯片内存贮有唯一的64bit代码：9bit起始位、40bit信息位、14bit校验位、lbit停止位。代码经编码后控制调制器中的电流 HYPERLINK :/ dzsc /product/file411.html t _blank 开关实现对f0=125kHz载波进行调幅

36、。每bit数据的时间宽度与载波周期的比率有3种选择：64、32、16。数据信号控制应答器天线负载的接通和断开识读器天线上电压将跟随变化，实际是应答器(电子标签)数据对识读器天线电压进行振幅调制，实现了应答器数据向识读器的传输。这就是所谓的负载调制。在识读终端有效作用范围内，电子标签循环发送64bit代码数据，实现数据向识读终端的传送。3 识读终端硬件系统设计31功能分析根据上述识读终端与无源电子标签作用过程识读终端应实现以下功能：1发射射频信号。信号频率应等于电子标签接收回路的谐振频率，信号有足够的强度以启动电子标签工作并满足对作用距离的要求。2接收电子标签发射的射频信号，并解调出其中的数据。

37、3数据解码及后续处理。终端硬件系统实现前2项功能，第3项功能由识读终端软件系统实现。32射频接口电路设计与实现射频接口电路实现启动电子标签和信号解调。系统采用RFID专用无线基站芯片EM4095设计了电子标签与识读终端主控模块之间的射频接口电路。EM4095功能原理见图2。图2 射频接口芯片EM4095原理EM4095兼容多种传输协议(如EM4OOX、EM4150等)，利用内部锁相环PLL就可得到与天线适合的谐振频率，而不需外接 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/644.html t _blank 晶振，工作频率100kHz一150kHz，具有睡眠模式

38、，与 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1194.html t _blank 微控制器的接口简单，采用调幅同步解调技术，工作电压5V。芯片T作受输入信号SHD和MOD控制。MOD=0时。芯片工作于只读模式。SHD=I时，为睡眠模式。芯片供电之后，SHD应先为高电平，以对芯片进行初始化，然后再接低电平，芯片即发射射频信号；同时。解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出，并由DEMOD 0UT端输出。RDYCLK端向微控制器提供芯片内部的状态以及与发射信号同步的参考时钟。SHD=I时，RDYCLK端输出低电平；SHD由高电平变为低电平后，经过约35ms

39、，RDYCLK端输出同步时钟信号，该参考时钟信号的出现表示发射模块和接收模块已经启动。通过查询RDYCLK端信号状态，微控制器即可确定从DEMODOUT端接收数据的时刻。锁相环PLL、天线驱动器、调制器组成射频信号发送模块。其中PLL由环路 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1095.html t _blank 滤波器、相位比较器、压控制 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/1050.html t _blank 振荡器组成。天线线圈接收的信号通过耦合电容输入DEMOD IN端，该信号与天线驱动器的输入信号由相位比

40、较器进行相位比较，形成与相位差对应的电压，作为压控振荡器的控制信号，最终实现对天线发射信号频率的锁定。接收模块由采样保持器、滤波器、比较器组成。DEMOD IN端输入的AM信号在VCO输出信号的同步控制下被采样，采样输出信号由端脚CDEC外接的电容隔离直和带通滤波采样(消除输出中的载频成分、高频和低频噪声)后，经异步比较得到对应的数字信号。 组成LC串联谐振电路，谐振频率为： 天线工作电流与谐振电路Q有关，天线线圈串联一个 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/294.html t _blank 电阻可调节Q值。3.3 主控模块微控制器负责启动EM4095

41、并接收由EM4095解调的编码数据。采用 HYPERLINK :/ dzsc /icstock/150/AT89C52.html t _blank AT89C52作为微控制器，其内部集成了8KB的 HYPERLINK :/ dzsc /stock-ic/FLASH.html t _blank Flash程序存贮器， HYPERLINK :/ dzsc /stock_256/256B.html t _blank 256B的RAM， 具有低功耗工作模式。EM4095的DEMOD OUT端接P10，EM4095的SHD接P11EM4095输出的参考时钟信号RDYCLK端接TO，用作解码的同步时钟。A

42、T89C52从电子标签读取来的编码数据存贮在EEPROM芯片 HYPERLINK :/ dzsc /icstock/146/AT24C64.html t _blank AT24C64中。可司通过 HYPERLINK :/ dzsc /icstock/441/MAX232.html t _blank MAX232进行电平转换，实现与上位机的通信。识读终端硬件原理见图3。图3 识读终端硬件原理图AT89C52通过P11发出控制信号启动EM4095工作，若有效作用范围内有电子标签。电子标签接收EM4095发射的射频信号能量后发送经过调制的编码信号，AT89C52通过监测P10的状态，判断是否收到射频

43、接口解调输出的数据，由软件完成数据的接收及后续的处理任务。4 软件设计分析终端软件要解决的关键问题是如何正确接收数据，并解码。本系统选用的电子标签为Manchester码型，电子标签编码器输出信号、EM4095解调输出信号的波形见图4。41解调输出波特点电子标签中的64bit数据以NRZ形式的波形串行送人编码器，经编码后输出Manchester码波形。其编码规则为：在一个编码时钟周期的中间以一个上跳变的波形表示二进制数据“1”：在一个编码时钟周期的中间以一个下跳变的波形表示二进制数据“0”。编码输出信号作负载调制的控制信号，编码输出波形中的低电平使标签发射天线线圈工作于高电流，编码输出波形中的

44、高电平则使标签发射天线线圈工作于低电流。因此，标签发给EM4095的已调信号，经解调输出的波形与标签编码输出的波形为反相关系，即：时钟周期中间的下跳变表示二进制数据“1”，时钟周期中间的上跳变波形表示二进制数据“0”。根据图4的波形，连续“0”和连续“1”对应的波形是相似的，只是它们之间为反相关系。因此，如果简单地把上升沿或下降沿作为数据采样时刻，会出现“0”译为“1”或“1”译为“0”的错误。42解码软件设计思路解码程序要解决的主要问题是如何防止“0”与“1”之间的倒译。根据DEMOD OUT端输出波形。若DEMOD OUT端连续输出一个下跳变和一个上跳变，则肯定是解调输出的数据。只在以下2

45、种情况会出现上跳变：数据“0”编码周期的中间：相邻数据都是“1”时，它们波形中间也出现上跳变。但这2种情况存在如下差别：上跳沿与前一个下跳沿之间的低电平持续时间不同。若该低电平维持时间大于32个载波周期，则是数据“o”编码周期中间时刻的上跳沿。因此，用指令查询P1o的电平，先找一个下跳变，找到后立刻启动T0对RDYCLK参考时钟计时，接着找到紧随其后的上跳变，若此时 的计时时间大于32个载波周期，该上跳变位于数据“0”编码周期中间时刻，该上跳变是接收数据的时间起点。由于每位数据对应波形中的高、低电平均为32个射频载波周期，以上跳时刻为起点延40个载频周期后接收第1个数据。然后重新启动计数器TO

46、，RDYCLK端输出的参考时钟周期等于射频载波周期，数据编码时钟周期又固定为该参考时钟周期的64倍，将Tn设置为每隔64个载波周期中断1次，在Tn中断服务程序中读P10上的数据。根据电子标签中数据的结构，按上述接收方式首先找作为起始位的9个存在如下差别：上跳沿与前一个下跳沿之间的低电平持续时间不同。若该低电平维持时间大于32个载波周期，则是数据“o”编码周期中间时刻的上跳沿。因此，用指令查询P1o的电平，先找一个下跳变，找到后立刻启动T0对RDYCLK参考时钟计时，接着找到紧随其后的上跳变，若此时 的计时时间大于32个载波周期，该上跳变位于数据“0”编码周期中间时刻，该上跳变是接收数据的时间起

47、点。由于每位数据对应波形中的高、低电平均为32个射频载波周期，以上跳时刻为起点延40个载频周期后接收第1个数据。然后重新启动计数器TO，RDYCLK端输出的参考时钟周期等于射频载波周期，数据编码时钟周期又固定为该参考时钟周期的64倍，将Tn设置为每隔64个载波周期中断1次，在Tn中断服务程序中读P10上的数据。根据电子标签中数据的结构，按上述接收方式首先找作为起始位的9个“1”，找到后，按顺序接收其余55bit数据，并按标签中数据结构重新组织数据。然后通过奇校验程序计算各段数据的奇校验，再与接收到的奇校验位进行比较，判断数据是否正确性。5 结束语无线射频识别具有信息量大、高效便捷、安全的特点，

48、是自动识别的主流技术。低成本、高可靠的便携式电子标签识读终端的研究开发有很大的实际意义。本文在研究分析系统作用原理及解调输出波特征的基础上，设计了硬件实现方案，并以射频参考时钟为参照，提出了一种解决Manchester码倒译问题的软件解码方法。系统结构和成本合理，可靠性已得到试验验证有较好的应用价值。本文作者创新点：充分利用工业通用 HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfile/361.html t _blank 单片机的丰富资源设计主控模块，解决了系统便携化和低成本难题；以射频参考时钟为参照的Manchester码软件解码方法，提高了解码的准确性也使系统具有良好

49、的功能扩充和升级能力谁有DS18B20程序 悬赏分：30 | 解决时间：2010-8-9 19:31 | 提问者： HYPERLINK :/passport.baidu /?business&aid=6&un=%C4%BE%BA%CC%C3%D7%D6%DB l 2 t _blank 木禾米舟 51单片机，单总线接6个DS18B20（其实程序只要多余3个即可），c语言程序。答案满意的话再加50分，程序请发至邮箱406994937qq .谢谢最佳答案 /将DQ与Vcc之间接入4.7K上拉电阻#include reg52.h#include INTRINS.H#include 1602.c#def

50、ine uchar unsigned char#define uint unsigned int/#define CLEARSCREEN LCD_en_command(0 x01) 1602清屏sbit DQ=P10;/*操作命令代码 跳过ROM 0 xCC 发送温度转换 0 xBE 写EEPROM 0 x4E*/低层驱动子程序/void Init18B20(void); /初始化void Write18B20(uchar ch);/写数据unsigned char Read18B20(void);/读数据 void Delay15(uchar n); void Delay10ms(uint

51、delay_num);void Display(void);/ code uchar decimalH=00,06,12,18,25,31,37,43,50,56,62,68,75,81,87,93;code uchar decimalL=00,25,50,75,00,25,50,75,00,25,50,75,00,25,50,75;uint ResultTemperatureH ,ResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL;/整数,小数高位,小数低位uint ResultSignal;/符号位 main() uint TemH,TemL,delay,k=0

52、; for(; ; ) Init18B20(); Write18B20(0 xCC);/跳过ROM _nop_(); /Write18B20(0 x4E);/写EEPROM / Write18B20(0 x00);/Th /Write18B20(0 x00);/Tl Write18B20(0 x7f);/12 bits温度分辨率 Init18B20(); Write18B20(0 xCC);/跳过ROM _nop_(); Write18B20(0 x44);/发送温度转换指令 Delay10ms(25); Delay10ms(25); Delay10ms(25); Delay10ms(25);

53、/等待1s转换 Init18B20(); Write18B20(0 xCC);/跳过ROM Write18B20(0 xBE);/发送温度转换指令 TemL=Read18B20(); /读低位温度值 TemH=Read18B20(); /读高位温度值 Delay10ms(2); TemH=(TemH4); TemL=TemL&0 x0f; /取低4位 if(TemH&0 x80) TemH=TemH; TemL=TemL+1; ResultSignal=1; /负 else ResultSignal=0; /正 ResultTemperatureLH=decimalHTemL; ResultT

54、emperatureLL=decimalLTemL; ResultTemperatureH=TemH; Display(); for(delay=0;delay60000;delay+); for(delay=0;delay20000;delay+); void Display(void) uint i,j,q; LCD_init(); CLEARSCREEN; LCD_en_command(0 x01); delay_nms(2); q=ResultTemperatureH/100; i=(ResultTemperatureH%100)/10; j=ResultTemperatureH-(i

55、*10+q*100); LCD_write_string(0,LINE1, Jaq1217 18B20 ); if(ResultSignal) LCD_write_string(0,LINE2, T is:- . ); else LCD_write_string(0,LINE2, T is:+ . ); LCD_write_char(0 x07,LINE2,q|0 x30); LCD_write_char(0 x08,LINE2,i|0 x30); LCD_write_char(0 x09,LINE2,j|0 x30); LCD_write_char(0 x0b,LINE2,(ResultTe

56、mperatureLH/10)|0 x30); LCD_write_char(0 x0c,LINE2,(ResultTemperatureLH%10)|0 x30); LCD_write_char(0 x0d,LINE2,(ResultTemperatureLL/10)|0 x30); LCD_write_char(0 x0e,LINE2,(ResultTemperatureLL%10)|0 x30); unsigned char Read18B20(void) unsigned char ch; unsigned char q ; for(q=0;q1; DQ=0; _nop_(); DQ=

57、1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ=1) ch=ch|0 x80; else ch=ch&0 x7f; Delay15(3); DQ=1; return (ch); void Write18B20(uchar ch) uchar i; for(i=0;i1; _nop_(); void Init18B20(void) DQ=0; Delay15(33);/至少延时480us DQ=1; Delay15(10);/至少延时100us /*if(DQ=1) return 0; /初始化失败 else return 1; DQ=1; Delay15(1

58、8); */ void Delay15(uchar n) do _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); n-; while(n); void Delay10ms(uint delay_num) uchar i; while(delay_num-) for(i=0;i125;i+) ; 说明：如果你只需要温度部分的，那么LCD部分的，你可以不看，只参考18B20的程序段。但愿对你有帮助资料简介： DS18

59、B20中文资料pdf特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以0.5递增。华氏器件-67+2570F，以0.90F 递增 温度以9 位数字量读出 温度数字量转换时间200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统基于MLX90121多协议RFID收发器巡更系统 本文基于rfid技术设计的巡更管理系统中,巡更点读卡器所使用的mlx90121芯片是一款能兼容多种协议标签的收发器,

60、并通过接口(按键或计算机)进行协议模式的切换。遵循isoiec15693标准,工作频率为13.56mhz,此工作频率全球认可。 系统设计 系统管理方案 电子巡更系统中的每条路线上有数量不等的巡更点,巡更点处设有读写器,巡更人员巡逻至该处,通过刷卡、按键等手段,将该处巡更信号或报警信号发送到中央控制平台。中央服务器利用数据库将巡更人员到达各巡更点时间、动作等信息记录到系统中,送至巡更管理终端机。巡更管理终端机定期生成巡检记录和考核结果。通过查阅巡更记录就可以对巡更质量进行考核。中央平台同时可使用对讲系统及时与巡更人员沟通。 系统构成 如图1所示,整个系统由电子标签、射频收发电路、mcu、显示和报