射頻標(biāo)簽功率放大器設(shè)計(jì)論文正文

1、射頻標(biāo)簽功率放大器設(shè)計(jì)摘要射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是它通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)) 或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體而且可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快速方便。 按照設(shè)計(jì)要求，本次的電子標(biāo)簽的工作頻率為13.56MHz，所使用的電子標(biāo)簽Mifarel為無(wú)源標(biāo)簽，并符合ISO 14443標(biāo)準(zhǔn)。由此設(shè)計(jì)了射頻讀寫(xiě)電路，微控制單元（MCU）電路，通信接口電

2、路，射頻功率放大器電路等。其中的關(guān)鍵部分射頻讀寫(xiě)模塊電路的設(shè)計(jì)，采用FM1702SL高度集成芯片，內(nèi)部集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路。而射頻功率放大器電路，則采用廉價(jià)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管IRF51O，其功能是實(shí)現(xiàn)將射頻信號(hào)的放大。設(shè)計(jì)一個(gè)合理的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的來(lái)匹配輸入/輸出信號(hào)，確保功率放大器的穩(wěn)定工作。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；電子標(biāo)簽；射頻功率放大器；FM1702SL；MOS場(chǎng)效應(yīng)管AbstractRadio Frequency Identification RFID (Radio Frequency IDentification is) is a radio frequency communication

3、to achieve non-contact automatic identification technology, its basic originally it through space coupling (alternating magnetic field or electromagnetic field) or the transmission characteristics of the radar reflectivity-freecontact information to pass the message to identify objects and access to

4、 relevant data, identify the work without human intervention, can work in a variety of harsh environments. RFID technology can identify the high-speed moving objects and cocoa also identify multiple tags, quick and easy to operate.In accordance with the design requirements, the operating frequency o

5、f the electronic tag is 13.56MHz, the use of electronic tags Mifarel passive tags, and complies with the ISO 14443 standard. Thus designed RFID reader circuit, the micro control unit (MCU) circuits, communications interface circuits, RF power amplifier circuit. The key part of the radio frequency re

6、ader module circuit design, to adopt FM1702SL highly integrated chips, the internal integration of analog modulation and demodulation circuit. RF power amplifier circuit, low-cost MOS FET IRF51O its function is to achieve the amplification of the RF signal. Design a reasonable impedance matching net

7、works to match the input / output signals to ensure the stability of the power amplifier.Keywords: RFID; electronic tags; RF power amplifierale ;FM1702SL;MOS field-effect transistor目錄前言1第1章射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)21.1射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)2射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)準(zhǔn)體系2國(guó)內(nèi)外RFID標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)21.2射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)的概述2第2章射頻讀寫(xiě)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52.1FM1702SL芯片的簡(jiǎn)介52.2

8、射頻讀寫(xiě)系統(tǒng)框架72.3 FM1702SL與MCU的接口電路72.3.1 晶體振蕩器8天線的設(shè)計(jì)9第3章射頻功率放大器的設(shè)計(jì)103.1功率放大器的分類(lèi)103.2高頻功放部分電路設(shè)計(jì)133.3濾波匹配電路設(shè)計(jì)18匹配網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)183.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)203.4穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)213.4 PCB的制作23第4章RFID系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)244.1幅移鍵控（ASK）244.2 ASK調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)24小結(jié)25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄:28前言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，特別是數(shù)字，網(wǎng)絡(luò)加速的進(jìn)程，集計(jì)算機(jī)技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)線技術(shù)，通信技術(shù)于一體的高新技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)-射頻識(shí)別技術(shù)

9、（RFID）自80年代中期開(kāi)始興起。沃爾瑪，國(guó)際商用機(jī)器公司，惠普，微軟，美國(guó)國(guó)防部，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的射頻識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)逐步應(yīng)用于物流領(lǐng)域，航空，郵政服務(wù)，交通，票務(wù)，金融，軍事，醫(yī)療保險(xiǎn)，跟蹤，礦山，設(shè)備和資產(chǎn)管理。RFID技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已初步應(yīng)用于生活的各個(gè)方面：為道路自動(dòng)收費(fèi)，快運(yùn)包裹處理；為可視化的庫(kù)存管理的制造業(yè)；以農(nóng)牧為管理的水果和蔬菜、羊等等，以及跟蹤與研究野生動(dòng)物的保護(hù)；技術(shù)也被用于門(mén)禁控制，圖書(shū)館管理，目標(biāo)定位和跟蹤，檢查假冒和其他領(lǐng)域。我國(guó)在RFID技術(shù)的研究與應(yīng)用方面也發(fā)展很快，LF和HF頻段RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)方面的技術(shù)比較成熟，HF頻段方

10、面的設(shè)計(jì)技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平，已經(jīng)自主開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于城市公共交通一卡通和我國(guó)第二代身份證等重大項(xiàng)目，而我國(guó)在超高頻芯片的研發(fā)方面起步較晚比較薄弱。中國(guó)相關(guān)部門(mén)聯(lián)合其他有關(guān)部門(mén)頒布“中國(guó)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)政策白皮書(shū)”。白皮書(shū)本著科學(xué)性、前瞻性和指導(dǎo)性原則，為中國(guó)RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來(lái)幾年的發(fā)展提供系統(tǒng)性指南, 為RFID 技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展提供了法律保障。國(guó)內(nèi)企業(yè)如上海復(fù)旦微電子、大唐微電子等部門(mén)主要研究芯片設(shè)計(jì)與制造。國(guó)內(nèi)集中于北京、上海、廣東三地的主要廠商生產(chǎn)和研究RFID產(chǎn)品。而目前在中國(guó)大陸、香港、臺(tái)灣等地，RFID的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)及歐洲, 國(guó)內(nèi)企業(yè)的市場(chǎng)占有率尚不足20% ,還有

11、很大的提升空間。從市場(chǎng)應(yīng)用來(lái)看，最受到重視和發(fā)展最快的是頻段為860960MHz的遠(yuǎn)距離超高頻電子標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)。而高頻段(1356MHz)中遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)由于在物流等流通領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，并且在發(fā)達(dá)國(guó)家已有較廣的應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)還處于近距離應(yīng)用階段。因而，研究并開(kāi)發(fā)中遠(yuǎn)距離高頻段的RFID系統(tǒng)意義深遠(yuǎn)。第1章 射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)1.1射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原是它通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)) 或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)

12、所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體而且可可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快速方便。 1.1.1射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)準(zhǔn)體系目前，世界一些知名公司各自推出了自己的很多標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，表現(xiàn)在頻段和數(shù)據(jù)格式上的差異，這也給RFID的大范圍應(yīng)用帶來(lái)了困難。目前全球有兩大RFID標(biāo)準(zhǔn)陣營(yíng)：歐美的Auto-ID Center與日本的Ubiquitous ID Center（UID）。前者的領(lǐng)導(dǎo)組織是美國(guó)的EPC環(huán)球協(xié)會(huì)，旗下有沃爾瑪集團(tuán)、英國(guó)Tesco等企業(yè)，同時(shí)有IBM、微軟、飛利浦、Auto-ID Lab等公司提供技術(shù)支持

13、。后者主要由日系廠商組成。EPC 系統(tǒng)是一種基于EAN/UCC 編碼的系統(tǒng)，作為產(chǎn)品與服務(wù)流通過(guò)程信息的代碼化表示, EAN/UCC 編碼具有一整套涵蓋貿(mào)易流通過(guò)程各種有形或無(wú)形產(chǎn)品所需的全球惟一標(biāo)識(shí)代碼，包括貿(mào)易項(xiàng)目、物流單元、服務(wù)關(guān)系、商品位置和相關(guān)資產(chǎn)等標(biāo)識(shí)代碼。歐美的EPC標(biāo)準(zhǔn)采用UHF頻段，為860MHz930MHz，日本RFID標(biāo)準(zhǔn)采用的頻段為2.45GHz和13.56MHz；日本標(biāo)準(zhǔn)電子標(biāo)簽的信息位數(shù)為128位，EPC標(biāo)準(zhǔn)的位數(shù)則為96位。其中EPC 定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和甚高頻的空氣接口以及通訊的協(xié)議，而日本的組織Ubiquitous ID，定義了UID編碼結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)

14、議。日本的Ubiquitous ID Center標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)簽方面的發(fā)展，始于20世紀(jì)80年代中期的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)TRON。TEngine是其中核心的體系架構(gòu)。1.1.2國(guó)內(nèi)外RFID標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)目前常用的RFID國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有用于對(duì)動(dòng)物識(shí)別的ISO 11784和11785，用于非接觸智能卡的ISO 10536(Close coupled cards)、ISO 15693(Vicinity cards)、ISO 14443 (Proximity cards)，用于集裝箱識(shí)別的ISO 10374等。目前在我國(guó)采用的兩個(gè)RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：IS0 14443，ISO 15693。ISO 14443和

15、IS0 15693標(biāo)準(zhǔn)在1995年開(kāi)始操作，其完成則是在2000年之后，二者皆以13.56MHz交變信號(hào)為載波頻率。ISO 15693讀寫(xiě)距離較遠(yuǎn)，而ISO 14443讀寫(xiě)距離稍近，但應(yīng)用較廣泛。1.2射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)的概述1）射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)的組成對(duì)于不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同。最基本的射頻識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成主要由電子標(biāo)簽、閱讀器、天線三個(gè)部分組成。（1）電子標(biāo)簽：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。電子標(biāo)簽中存有約定格式的電子數(shù)據(jù), 附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。（2）閱讀器：根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫(xiě)裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理

16、中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元共同組成。（3）天線：在電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器間以射頻信號(hào)的形式傳遞電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。52）射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)工作原理RFID 閱讀器向一定范圍的空間發(fā)射射頻信號(hào)，當(dāng)RFID標(biāo)簽到閱讀器的射頻場(chǎng)，標(biāo)簽天線會(huì)收到一定范圍內(nèi)的RFID閱讀器發(fā)送的射頻信號(hào)，并獲得感應(yīng)電流，從而為RFID芯片提供能量，芯片將通過(guò)為存儲(chǔ)在芯片內(nèi)部的信息讀寫(xiě)器發(fā)送射頻信號(hào)的內(nèi)置天線，讀/寫(xiě)設(shè)備的解調(diào)接收到的信號(hào)和解碼，發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理根據(jù)閱讀器與電子標(biāo)簽之間的能量感應(yīng)方式來(lái)看大致上可以分成：感應(yīng)耦合（Inductive Coupling) 及后向散射

17、耦合（Backscatter Coupling）兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多情況下采用第二種方式。3）射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)的分類(lèi)在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，讀寫(xiě)器電子標(biāo)簽的作用距離可以用于劃分系統(tǒng)。根據(jù)作用距離，可以將射頻識(shí)別系統(tǒng)劃分為3類(lèi)：密耦合系統(tǒng)、遙耦合系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。（1）密耦合具有很小作用距離(典型值在lcm之內(nèi))的射頻識(shí)別系統(tǒng)稱(chēng)之為緊耦合系統(tǒng)。為了正常工作，必須把這種系統(tǒng)的應(yīng)答器插入閱讀器中，或者是放置在一種事先規(guī)定的表面上。緊耦合系統(tǒng)不僅可采用電感式耦合，也可采用磁場(chǎng)式耦合。從理論上講，它可以工作在從直流到30 MHz范圍內(nèi)的任意頻率上，這是因?yàn)閼?yīng)答器工作時(shí)

18、不必發(fā)射電磁波。這種耦合方式能夠提供較大的能量，甚至可以為耗電流較大的微處理器供電。緊耦合系統(tǒng)應(yīng)用于安全性要求較高、但對(duì)作用距離要求不大的應(yīng)用場(chǎng)合中，例如電子門(mén)鎖系統(tǒng)或非接觸式計(jì)數(shù)用的IC卡系統(tǒng)。 （2）遙耦合具有寫(xiě)讀功能的、作用距離可達(dá)1 m的系統(tǒng)稱(chēng)為遙控耦合系統(tǒng)。幾乎所有的這種系統(tǒng)都是采用電感(磁)式耦合，目前，在市場(chǎng)上所提供的射頻識(shí)別系統(tǒng)中至少有90都屬于電感(磁)耦合系統(tǒng)。遙耦合系統(tǒng)也可以分為兩類(lèi)：近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng)。其中，近耦合系統(tǒng)的作用距離為15cm，疏耦合系統(tǒng)的作用距離為1m。遙耦合系統(tǒng)的發(fā)射頻率，可以使用135kHz以下的頻率，也可以是6.75MHz、13.56MHz以及2

19、7.125MHz。（3）遠(yuǎn)距離系統(tǒng)作用距離大于l m的射頻識(shí)別系統(tǒng)稱(chēng)之為遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。所有遠(yuǎn)距離系統(tǒng)都是采用電磁波方式工作在超高頻和微波范圍內(nèi)。這類(lèi)系統(tǒng)根據(jù)其物理功能原理被稱(chēng)之為反向散射射頻系統(tǒng)。遠(yuǎn)距離系統(tǒng)利用電磁耦合的非接觸式電子標(biāo)簽和閱讀器天線輻射遠(yuǎn)場(chǎng)空間信息的傳輸射頻信道進(jìn)行工作，使用微型芯片工作，如果要提供足夠的能量給電子標(biāo)簽，就必須添加一個(gè)二次電池。二次電池是不提供能量給電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，而只是提供能量給微型芯片，為了讀寫(xiě)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。通常情況下，射頻識(shí)別系統(tǒng)閱讀器發(fā)送的頻率基本上劃歸三個(gè)范圍：（1）低頻（30kHz 300kHz）；（2）中高頻（3MHz 30MHz）；（3

20、）超高頻（300MHz 3GHz）或微波（>3GHz）。典型的工作頻率有低頻125kHz與134.2kHz、高頻13.56MHz與27.12MHz、超高頻433Mhz、860MHz930MHz、2.45GHz、5.8 GHz等。 從應(yīng)用概念來(lái)說(shuō)，射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率。低頻段射頻標(biāo)簽主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，典型應(yīng)用有：動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別等；中高頻段射頻標(biāo)簽由于可方便地做成卡狀，典型應(yīng)用包括：電子車(chē)票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門(mén)鎖控制器）等。超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，典型應(yīng)用包括：移動(dòng)車(chē)輛識(shí)別、電子身份證、倉(cāng)儲(chǔ)

21、物流應(yīng)用等。本次設(shè)計(jì)的射頻標(biāo)簽功率放大器的工作頻率為13.56MHz,相應(yīng)電子標(biāo)簽卡為無(wú)源卡。讀卡器產(chǎn)生的射頻信號(hào)通過(guò)天線輻射出電磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)穿過(guò)天線橫界面和周?chē)目臻g。當(dāng)標(biāo)簽處于磁場(chǎng)中的時(shí)候，通過(guò)電感耦合，電子標(biāo)簽的天線線圈上產(chǎn)生一個(gè)高頻交流電壓，從而使得標(biāo)簽獲得了工作電源。而通過(guò)電子標(biāo)簽內(nèi)部電路參數(shù)的改變，會(huì)反作用于讀卡器天線的電壓變化，實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制（負(fù)載調(diào)制）。第2章射頻讀寫(xiě)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1FM1702SL芯片的簡(jiǎn)介FM1702SL是復(fù)旦微電子股份有限公司開(kāi)發(fā)的，是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的非接觸式IC卡專(zhuān)用芯片,該芯片采用0.6微米CMOS EEPROM工藝，可以支持ISO1

22、4443 typeA協(xié)議，內(nèi)部有標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片只需少量的外圍電路就可以工作，因?yàn)槠鋬?nèi)部集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路, FM1702SL芯片的數(shù)字電路具有TTL、CMOS 兩種電壓工作模式，可以支持SPI接口。特別適合應(yīng)用計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的ISO 14443標(biāo)準(zhǔn)，比如水，電，煤氣表等。該芯片的三路電源都可適用于低電壓。此次設(shè)計(jì)主要采用FM1702SL芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。1） FM1702SL的特點(diǎn):（1).模擬電路的集成度較高（2).作用距離最大可達(dá)10cm （3).包含512byte的EEPROM （4).包含64byte的FIFO （5).軟件控制的power down模式 （6).一個(gè)可編程計(jì)時(shí)器 （7)

23、.一個(gè)中斷處理器 （8).啟動(dòng)配置可編程 （9).數(shù)字，模擬和發(fā)射模塊的電源都是獨(dú)立的2） FM1702SL的功能框圖與引腳圖:圖2.1 功能框圖與引腳圖3） FM1702SL的引腳表說(shuō)明：表2.1 FM1702SL的引腳表引腳序號(hào)引腳名稱(chēng)引腳描述1OSCIN晶振輸入：fosc = 13.56MHz 2IRQ中斷請(qǐng)求：輸出中斷源請(qǐng)求信號(hào)3MFIN串行輸入：接收滿(mǎn)足ISO14443協(xié)議的數(shù)字串行信號(hào)4TX1發(fā)射口1：輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制的13.56MHz信號(hào)5TVDD發(fā)射器電源：提供TX1和TX2的輸出能量6TX2發(fā)射口2：輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制的13.56MHz信號(hào)7TVSS發(fā)射器地8CO控制信號(hào)：接低電平9C

24、1控制信號(hào)：接高電平10C2控制信號(hào)：接高電平11DVSS數(shù)字地12MISO主出從入：數(shù)據(jù)輸出13SCK時(shí)鐘信號(hào)14MOSI主出從入：數(shù)據(jù)輸入15NSS接口選通：低電平有效16C3控制信號(hào)：接低電平17DVDD數(shù)字電源18AVDD模擬電源19AUX模擬測(cè)試信號(hào)輸出：輸出模擬測(cè)試信號(hào)，測(cè)試信號(hào)由TestAnaOutSel寄存器選擇20AVSS模擬地21RX接收口：接收外部天線耦合過(guò)來(lái)的13.56MHz卡回應(yīng)信號(hào)22VMID內(nèi)部參考電壓：輸出內(nèi)部參考電壓注意：該管腳必須外接100nF電容23RSTPD復(fù)位及掉電信號(hào)：高電平時(shí)復(fù)位內(nèi)部電路，晶振停止工作，內(nèi)部輸入管腳和外部電路隔離；下沿觸發(fā)內(nèi)部復(fù)位程

25、序24OSCOUT晶振輸出2.2射頻讀寫(xiě)系統(tǒng)框架射頻讀寫(xiě)系統(tǒng)主要由MCU 、FM1702SL、RS232/I2C通信模塊、ISP在線調(diào)試接口、功率放大器和天線組成。用戶(hù)只需簡(jiǎn)單地通過(guò)選定的UART或IIC接口發(fā)送命令就可以對(duì)卡片進(jìn)行操作, MCU根據(jù)接收到的命令來(lái)控制FM1702SL,并由FM1702SL驅(qū)動(dòng)天線對(duì)MiFare卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。ISP接口MCU上位機(jī)FM1702SL功率放大器天線RS232/I2C通信圖2.2 系統(tǒng)組成框圖無(wú)源Mifare卡中包含一片容量為8K位的EEPROM，可分為16個(gè)扇區(qū)，而每個(gè)扇區(qū)又可為4塊，每塊有16個(gè)字節(jié)，每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一個(gè)單獨(dú)的passwordan

26、d存取控制。每張卡有獨(dú)特的序列號(hào)，一般都是32位，內(nèi)部含有通訊邏輯電路和加密控制邏輯。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在無(wú)源Mifare卡中，讀寫(xiě)模塊的主要任務(wù)是將能量傳輸給Mifare卡。當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)的Mifare卡，向讀寫(xiě)器發(fā)送一組固定頻率的電磁波，Mifare卡有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，頻率和讀/寫(xiě)設(shè)備發(fā)射頻率相同，在電磁驅(qū)動(dòng)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電，電容的另一端，再有就是一個(gè)電子向?qū)П茫搅硪粋€(gè)內(nèi)的存儲(chǔ)電容的電容充電，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，電容可作為電源用于為其它電路的工作電壓，可以發(fā)射數(shù)據(jù)或讀取讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)。通過(guò)改變天線驅(qū)動(dòng)電壓可以改變的最遠(yuǎn)距離通信。2.3 FM1702SL與MC

27、U的接口電路電路如圖所示，MCU與FM1702SL是通過(guò)SPI總線通信的，采用中斷工作模式。需要注意的是在FM1702SL復(fù)位后，必須進(jìn)行一次初始化程序以便初始化SPI接口模式，而且可以同步MCU和FM1702SL的啟動(dòng)工作。圖2.3 FM1702SL的接口電路圖2.4 FM1702SL的接口電路2.3.1 晶體振蕩器石英晶體振蕩器的選頻特性非常好，有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率，而且品質(zhì)因數(shù)也很高。只有頻率等于晶體諧振頻率的信號(hào)最容易通過(guò)，而其他頻率的信號(hào)均會(huì)被晶體所衰減。本次設(shè)計(jì)采用13.56MHz無(wú)源晶振與FM1702SL芯片一起構(gòu)成了自激振蕩電路，該電路接通電源后無(wú)需外觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一

28、定頻率和幅值的矩形脈沖和方波。圖2.5 13.56MHz的晶振電路2.3.2天線的設(shè)計(jì)天線是非接觸式IC卡讀寫(xiě)模塊的一個(gè)重要組成部分, 在讀寫(xiě)模塊和非接觸式IC卡通信過(guò)程中, 天線用于產(chǎn)生能發(fā)射和接收射頻信號(hào)的磁通量, 而磁通量用于向卡提供電源并在讀寫(xiě)模塊和卡片之間傳送信息。因此, 在設(shè)計(jì)中要求天線線圈的電流最大, 以用于產(chǎn)生最大的磁通量, 并要確保有足夠的帶寬。因?yàn)镕M1702SL的頻率是13.56MHz, 屬于短波段, 并且天線的最大尺寸在50cm左右。所以采用小環(huán)天線就可以了。本次設(shè)計(jì)采用的是圓形天線。品質(zhì)因數(shù)Q是振蕩回路處于諧振頻率時(shí)電壓和電流增大的量度。在設(shè)計(jì)天線電路時(shí), 品質(zhì)因數(shù)Q

29、占了一個(gè)重要地位。因?yàn)閷?duì)于電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫(xiě)器天線來(lái)說(shuō),品質(zhì)因數(shù)的數(shù)值越高就會(huì)使得天線線圈中的電流強(qiáng)度也越大, 由此可改善對(duì)卡的傳送功率。品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算公式為: （2-1）式中, f0是工作頻率, Lcoil是天線的尺寸, Rcoil是天線的半徑。通過(guò)品質(zhì)因數(shù)可以很容易地計(jì)算出天線的帶寬:（2-2）一般來(lái)說(shuō)，質(zhì)量越高，功率輸出越高為一個(gè)特定大小的天線。但是過(guò)高的品質(zhì)因素可能造成沖突的帶通特性。由于這些原因，設(shè)計(jì)天線時(shí)，連接到一個(gè)50歐姆負(fù)載，品質(zhì)因素應(yīng)該是選為20或更少。FM1702SL 非接觸式天線接口通過(guò)使用下表所列的3 個(gè)引腳。FM1702SL 通過(guò)TX1 和TX2輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制

30、的13.56MHZ信號(hào)。根據(jù)寄存器的設(shè)置調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送一個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到RX腳。FM1702SL內(nèi)部接收信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行接口。由微控制器進(jìn)行讀取。表2.2 FM1702SL 的天線接口引腳序號(hào)引腳名稱(chēng)引腳說(shuō)明4TX1發(fā)射口16TX2發(fā)射口221RX接收口根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選擇合適的器件，設(shè)計(jì)如下的天線電路原理圖：圖2.6 FM1702SL 的天線電路第3章射頻功率放大器的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中，除了基本的電子標(biāo)簽、閱讀器、天線三個(gè)部分組成外，還必須在FM1702SL與天線之間加入射頻功率放大器，因?yàn)橛辛诉@個(gè)器件能夠發(fā)射更加強(qiáng)烈的射頻信號(hào)輸出到空

31、間中，可以為電子標(biāo)簽提供足夠多的能量來(lái)完成識(shí)別過(guò)程。論文所設(shè)計(jì)的功率放大器部分框架如下圖所示，因?yàn)榍懊娴腇M1702SL電路的輸出阻抗和射頻功率放大器（射頻功率晶體管）輸入阻抗不匹配，射頻信號(hào)的射頻功率放大晶體管必須先通過(guò)一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)。此外，該天線的阻抗是50歐姆，要與之相配，從而在射頻功率放大器晶體管的輸出端，還需要一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配。FM1702SL集成芯片放大器輸入端濾波匹配放大器輸出端濾波匹配50歐姆天線接口射頻功率放大器圖3.1射頻功率放大器電路框圖先回顧功率放大器的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合本次論文設(shè)計(jì)的要求確定射頻放大器電路形式及其參數(shù)性能。在通信系統(tǒng)中，需要一個(gè)有用的信號(hào)調(diào)制高頻載波信號(hào)的

32、傳輸通過(guò)天線發(fā)射出去。高頻載波信號(hào)產(chǎn)生的高頻振蕩器，正常情況下，高頻振蕩信號(hào)產(chǎn)生的高頻振蕩器功率很小，為符合要求的發(fā)射天線的發(fā)射功率，需要經(jīng)過(guò)功率放大器后再發(fā)射出去，以便獲得足夠的輸出功率，發(fā)射功率放大器電路稱(chēng)為射頻功率放大器。3.1功率放大器的分類(lèi)根據(jù)晶體管導(dǎo)通角的大?。匆粋€(gè)信號(hào)周期，導(dǎo)通角的一半是定義為導(dǎo)通角），射頻功率放大器可以分為三類(lèi)：甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)。甲類(lèi)放大器晶體管在一個(gè)周期的信號(hào)傳導(dǎo)，即導(dǎo)通角=180；乙類(lèi)放大器晶體管在一期只有半年周期的傳導(dǎo)，即，=90。；丙類(lèi)放大器是引導(dǎo)時(shí)間小于半個(gè)周期，即，在傳導(dǎo)的角度< 90。實(shí)踐證明，丙類(lèi)功率放大器的工作效率最低級(jí)，乙類(lèi)效率比丙類(lèi)

33、高一級(jí)，而甲類(lèi)效率最高級(jí)；線性一般表現(xiàn)為甲類(lèi)、乙類(lèi)，丙類(lèi)的基本無(wú)線性放大，所以經(jīng)常甲乙類(lèi)放大器稱(chēng)為線性放大器，丙類(lèi)放大器稱(chēng)為非線性放大器。1) 甲類(lèi)功率放大器原理甲類(lèi)放大器電路，如圖a所示，采用偏置電路,設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)IDQ，以確保導(dǎo)通角=180。為了使輸出功率能夠達(dá)到最大，一般選擇： （3-1）其中VQD和IDQ是晶體管所能承受的最大集電極一發(fā)射極電壓和電流。在甲類(lèi)功率放大器中，晶體管可以等效為受控的電流源，它的輸出特性曲線如圖b所示。圖中a所示最佳負(fù)載電阻，甲類(lèi)放大器最大輸出信號(hào)電流幅度為，最大輸出電壓幅度為，最大輸出功率為 （3-2）電源VDD供給功率為，所以甲類(lèi)功率放大器的最大集

34、電極效率為： （3-3）由于晶體管趨于飽和、截止，實(shí)際效率會(huì)降低到30一40。(a) 甲類(lèi)功率放大器典 (b) 甲類(lèi)功放負(fù)載線和波形圖3.2 甲類(lèi)功率放大器及其輸入輸出特性2) 乙類(lèi)功率放大器原理乙類(lèi)功率放大器的導(dǎo)通角=90。在導(dǎo)通的半周期內(nèi)，輸出電流為半個(gè)正弦波，正弦波電壓峰值近似為VDD。乙類(lèi)放大器一般構(gòu)成推挽式輸出，輸入信號(hào)反相，兩管輪流導(dǎo)通，兩個(gè)半波在負(fù)載上合成一個(gè)正弦波，所以仍視乙類(lèi)功率放大器為線性放大器。射頻電路中常采用如圖b所示：乙類(lèi)功率放大器的效率比甲類(lèi)的高，在圖b中，每管的半波電壓最大幅度為VDD。假設(shè)變壓器的初次級(jí)匝數(shù)比為N1:N2，每只管子的負(fù)載電阻為RL=n2RL，其中

35、。乙類(lèi)推挽兩管總輸出功率，流過(guò)電源VDD的平均電流為。所以，圖示中的乙類(lèi)推挽功率放大器的效率為 （3-4）結(jié)論：乙類(lèi)放大器的效率高于甲類(lèi)放大器。當(dāng)輸入信號(hào)很大，管子趨于飽和、截止時(shí)，乙類(lèi)放大器也將出現(xiàn)了非線性。為了改善趨于截止時(shí)出現(xiàn)的交越失真，可以采用甲乙類(lèi)。甲乙類(lèi)特征是為無(wú)信號(hào)時(shí)設(shè)置一個(gè)較小的靜態(tài)偏置電流，使導(dǎo)通角略大于90°，具體如圖a所示。當(dāng)放大器的負(fù)載是電阻且阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬足夠?qū)挄r(shí)，甲類(lèi)、乙類(lèi)放大器均屬于寬帶放大器。(a) 乙類(lèi)功率放大器 (b)場(chǎng)效應(yīng)管乙類(lèi)放大器圖3.3 乙類(lèi)放大器及其輸入輸出特性3) 丙類(lèi)功率放大器原理丙類(lèi)功率放大器的特點(diǎn)是導(dǎo)通角小于90°、

36、非線性放大器，效率高。結(jié)合圖中所示，對(duì)丙類(lèi)功放的原理進(jìn)行分析：(1)基極偏置基極偏置VBB使晶體管靜態(tài)時(shí)截止，靜態(tài)電流ICQ=IBQ=0。設(shè)輸入電壓為，為使晶體管導(dǎo)通，其幅度應(yīng)滿(mǎn)足(Vim+VBB)> Von， 即輸入必須為大信號(hào)，輸入回路方程。導(dǎo)通角 （注意VBB 可正可負(fù)）由此可見(jiàn)，基極偏置與輸入信號(hào)幅度共同決定了導(dǎo)通角的大小。圖3.4 C類(lèi)放大器(2)集電極電流iC導(dǎo)通角q小于90°，則集電極電流為余弦脈沖 。余弦脈沖參數(shù)是導(dǎo)通角，脈沖最大幅度為iCmax。余弦脈沖所含頻譜：Ico直流分量、基波分量、二次諧波分量。與脈沖幅度導(dǎo)通角有關(guān)結(jié)論：控制導(dǎo)通角可控制各分量大小。(3

37、)輸出回路丙類(lèi)功率放大器配有回路，回路一般采用LC諧振回路。因此，丙類(lèi)功率放大器也稱(chēng)為諧振功率放大器?；芈返淖饔檬沁x頻與阻抗變換，其中的中心頻率與輸入信號(hào)頻率相同，帶寬與輸入信號(hào)頻帶寬度相同。假設(shè)將天線阻抗變換為放大器最佳負(fù)載Rp,丙類(lèi)功率放大器回路兩端的輸出電壓vc(t)仍為正弦波，其大小為： (3-5)而管子集電極電壓為: （3-6）甲類(lèi)放大器是線性放大器。為了保持晶體管持續(xù)導(dǎo)通的直流分量的存在，甲類(lèi)放大器的工作效率在幾種放大器類(lèi)型中是最低。而由于晶體管趨于飽和與截止時(shí)的非線性，實(shí)際效率降低到30一40。乙類(lèi)放大器一般做成互補(bǔ)的形式，這樣提高了工作效率，理想情況下效率可以達(dá)到75，并且在放

38、大器輸出端使用寬帶變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)與天線接口阻抗匹配。功率放大器從甲類(lèi)到乙類(lèi)再到丙類(lèi)，通過(guò)減少導(dǎo)通角獲得高效率，為兼顧大的輸出功率和高的效率，C類(lèi)放大器取60%-70%。結(jié)合上述分析，本次設(shè)計(jì)采用甲乙類(lèi)功率放大器，兼顧了效率和線性度，并使用ASK調(diào)制方式進(jìn)行解調(diào)。3.2高頻功放部分電路設(shè)計(jì)本次采用MOS場(chǎng)效應(yīng)管IRF51O設(shè)計(jì)高頻功率放大器，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的放大作用。IRF510是INTERSIL公司生產(chǎn)的N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。不僅提供了更穩(wěn)定的阻抗變化特性相對(duì)于普通雙極型晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō)，而且還具有較好的熱穩(wěn)定特性和抗輻射能力，可以獲得比較好的線性和諧波抑制。對(duì)于甲乙類(lèi)線性功率放大器來(lái)

39、說(shuō)，如果使用場(chǎng)效應(yīng)管，其偏置電路的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單得多。下面是對(duì)部分電路環(huán)節(jié)進(jìn)行分析：1)MOSFET的門(mén)電路閱讀器的Tx輸出是一個(gè)4歐姆方波。一個(gè)低通濾波器用于改造閱讀器的輸出阻抗MOS場(chǎng)效應(yīng)管（Q1）的柵極阻抗。參考示意圖如圖所示，TP1是閱讀器輸出（約4.5 VP-P），輸入到TP2低通濾波。在TP2電壓等級(jí)增加是由于阻抗變化作為FET的柵極阻抗為14-j26歐姆。一個(gè)0.1 uF的電容交流耦合的Q1的柵極信號(hào)。圖3.5MOSFET的門(mén)電路仿真的測(cè)試結(jié)果如下：圖3.6 TP1是閱讀器輸出（約4.5 VP-P）圖3.7 TP2低通濾波器輸出（6.6 VP-P）圖3.8 TP3柵極驅(qū)動(dòng)電壓（6.7

40、 VP-P）2)MOSFET柵極電路在場(chǎng)效應(yīng)管工作前，應(yīng)對(duì)其柵極偏壓進(jìn)行調(diào)整，兩個(gè)柵極偏置電路，手動(dòng)及自動(dòng)偏壓調(diào)整電路。放置一個(gè)100歐姆的電阻R14選擇的手動(dòng)偏置調(diào)整，同時(shí)放置在一個(gè)100歐姆的電阻R15，選擇自動(dòng)偏置調(diào)整。同樣的電位器R20設(shè)置手動(dòng)調(diào)整偏置，電位器R18設(shè)置自動(dòng)偏置調(diào)整。通常情況下，柵極偏壓為3.6±0.2伏。理想的情況下，柵極電壓應(yīng)設(shè)置等交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)，保持地上。 作為一個(gè)恒流穩(wěn)壓器U3的配置。 MOSFET Q2的改變當(dāng)前從U3的電壓，這反過(guò)來(lái)又設(shè)置在Q1的柵極偏置電壓。在這里的好處是，Q2將自動(dòng)調(diào)整到Q1柵極偏置需要糾正對(duì)環(huán)境溫度的影響。圖3.9 MOSFET

41、柵極電路3)功率放大器電位器R10用于設(shè)置漏極電壓FET Q1的權(quán)力，這反過(guò)來(lái)又設(shè)置所需的輸出功率水平?？烧{(diào)設(shè)定電位器R10從1到4瓦的輸出功率水平。串聯(lián)電感L7連同系列電容器C30和C38，并聯(lián)電容器C32和C33，Q1的漏極匹配到50歐姆。電感L9和L10，電容C26和C29形成了一個(gè)12MHz的角頻率的高通濾波器。電感L8，電容C40和C141的形式與15 MHz的角頻率的低通濾波器。這兩個(gè)過(guò)濾器一起形成一個(gè)BPF。輸出濾波器是一個(gè)低通濾波器由L4和C41，C48，C34，和C9組成。輸出低通濾波器提供了一個(gè)45度的相移一個(gè)50歐姆的過(guò)濾器。圖3.10 功率放大器發(fā)送和接收到的信號(hào)共享一

42、個(gè)低通濾波器（L4和關(guān)閉帽），并為D2提供一個(gè)固定的45°相移的外部AM檢波電路。由于發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)此過(guò)濾器，它的相移是45°。電子標(biāo)簽響應(yīng)其13.56 MHz信號(hào)的相移也是由L4產(chǎn)生，這反過(guò)來(lái)產(chǎn)生的總相移90°給二極管D2。仿真的測(cè)試結(jié)果如下：圖3.11 TP4 功率放大器輸出電壓約(35.6Vp-p)圖3.12 TP5輸入到高通濾波電壓約(41.8 Vp-p)圖3.13 TP6輸入到低通濾波電壓約37.0 Vp-p圖3.14 TP7輸入到功率放大接收最后低通濾波電壓40.0 Vp-p圖3.15 TP8 功率放大到C9 的電壓40.0 Vp-p圖3.16 TP9功

43、率放大到C10 的電壓40.0 Vp-p3.3濾波匹配電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)功率最大傳輸，必須使源阻抗與負(fù)載阻抗相匹配，通常是在信號(hào)源與負(fù)載之間放置無(wú)源匹配濾波網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇準(zhǔn)則，只要負(fù)載阻抗不是一個(gè)純虛數(shù)，都可以選擇一個(gè)無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配。在選擇匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，考慮的主要因素有以下4個(gè)方面：（1）簡(jiǎn)單性。選擇滿(mǎn)足性能指標(biāo)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單的匹配結(jié)構(gòu)價(jià)格便宜、可靠、損耗小。（2）帶寬。任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都只能在單一頻率上實(shí)現(xiàn)匹配（3）可實(shí)現(xiàn)性?？蓪?shí)現(xiàn)性既要考慮生產(chǎn)工藝的可實(shí)現(xiàn)性，又要考慮尺寸要求的可實(shí)現(xiàn)性。（4）可調(diào)整性。變化的負(fù)載需要可調(diào)整的匹配網(wǎng)絡(luò)。3.3.1匹配網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)1) L型網(wǎng)絡(luò)XcRL Re

44、XL Vs XL Vs Re Xc RL L形匹配網(wǎng)絡(luò)由2個(gè)電抗性元件組成，也稱(chēng)為雙元件匹配網(wǎng)絡(luò)。圖示為常用的兩種L形匹配網(wǎng)絡(luò)。已知電路中信號(hào)源阻抗為Re，負(fù)載阻抗為RL，它們均為純電阻，電路工作頻率為分f0。 (a) Re>RL (b) Re<RL圖3.17 L型網(wǎng)絡(luò)的兩種常見(jiàn)形式(a) 圖所示，當(dāng)信號(hào)源的阻抗Re大于負(fù)載阻抗RL時(shí)，它的品質(zhì)因數(shù)，器件參數(shù)為， （3-7）(b) 圖所示當(dāng)信號(hào)源的阻抗Re小于負(fù)載阻抗RL時(shí)，它的品質(zhì)因數(shù)，器件參數(shù)為， （3-8）根據(jù)對(duì)2種典型電路的分析：當(dāng)源阻抗(Re)和負(fù)載阻抗(RL)定下來(lái)后，L型網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)就可以確定下來(lái)，這可能會(huì)使濾波性能

45、不符合設(shè)計(jì)的要求，但如果采用三個(gè)電抗元件阻抗的T型網(wǎng)絡(luò)和型網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)一步對(duì)T型網(wǎng)絡(luò)和型網(wǎng)絡(luò)分析。2) T型網(wǎng)絡(luò)圖示是對(duì)T型網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行分析。T型網(wǎng)絡(luò)可以理解為兩個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)合成的，14圖中的源電阻Rs經(jīng)過(guò)Xsl和Xpl組成的L型網(wǎng)絡(luò)，中間的R為假想電阻，而且依據(jù)L型網(wǎng)絡(luò)的特性可以知到R>Rs。負(fù)載電阻RL經(jīng)過(guò)Xp2和Xs2，中間的R為假想電阻，可以以推出有R>RL。只要滿(mǎn)足Xp1與Xp2的阻值相等，那么這個(gè)T型匹配網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載電阻RL和源電阻Rs之間的阻抗匹配就完成了。Xs2 Xs1 1Xs11Xs2 RL Rs Xp RL Xp1 Rs R Xp2 圖3.18 T型匹配網(wǎng)

46、絡(luò)Xsl和Xpl共同組成的品質(zhì)因數(shù)Q1為: （3-9）Xs2和Xp2共同組成的品質(zhì)因數(shù)Q2為： （3-10）T型網(wǎng)絡(luò)的帶寬由品質(zhì)因數(shù)Q1和Q2共同決定，但是由較大的那個(gè)來(lái)主導(dǎo)。為此在確定Q值時(shí)，可以依據(jù)帶寬所要達(dá)到的要求來(lái)確定較高的那個(gè)Q值。下面給出計(jì)算公式14：（1）當(dāng)Rs<RL時(shí)，, （3-11）（2）當(dāng)Rs>RL時(shí)，, （3-12）3) 型網(wǎng)絡(luò)Xs Rs Xp1 Xp2 RL Xs1 Xs2 Rs Xp1 Xp2RL R 同T型匹配網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似的還有型匹配網(wǎng)絡(luò)，下圖所示為型匹配網(wǎng)絡(luò)的典型電路：圖3.19 型匹配網(wǎng)絡(luò)下面是不同情況下給出的計(jì)算公式14：（1）當(dāng)Rs<RL時(shí)，,

47、 （3-13）（2）當(dāng)Rs>RL時(shí)，, （3-14）3.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)綜合對(duì)上述三種匹配網(wǎng)絡(luò)的分析，本次設(shè)計(jì)采用T型網(wǎng)絡(luò)和型網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這么組合的目的可以有效地濾除不需要的高次諧波分量，從而提高效率。根據(jù)要求求得各個(gè)器件的參數(shù)值：L1=4.7uH；L2=4.7uH；C1=0.01uF；C5=0.01uF；C3=C4=100uF；C6=C7=100uF；C2=C8=200uF；R1=R4=1K；R3=R6=10K；實(shí)際電路圖如下:圖3.20 濾波匹配電路3.4穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)考慮到功放工作時(shí)，電源電壓可能會(huì)發(fā)生波動(dòng)而影響直流偏壓電路，因此集成穩(wěn)壓電路要正確選擇。本次的穩(wěn)壓電路采用2

48、個(gè)LM317和1個(gè)LM1085A。LM317的輸出電壓范圍是1.2V 至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。圖3.21典型電路圖決定LM317輸出電壓的是電阻R1,R2的比值,假設(shè)R2是一個(gè)固定電阻.因?yàn)檩敵龆说碾娢桓?電流經(jīng)R1, R2流入接地點(diǎn). LM317的控制端消耗非常少的電流,可忽略不計(jì).所以, 控制端的電位是I×R2,又因?yàn)長(zhǎng)M317 控制端, 輸出端接腳間的電位差為1.25 V,所以O(shè)ut(輸出）的電壓是:  （3-15）接下來(lái),計(jì)算I: Out與ADJ接腳間的

49、電位差為1.25 V,電阻R1.電流I是: 1.25/R1。本次設(shè)計(jì)電路如下圖，圖中U1的輸出電壓為： （3-16）圖3.22 實(shí)際整流電路LM1085是一個(gè)低壓差正向電壓系列在3A的負(fù)載與1.5V的最大壓差穩(wěn)壓器電流。它具有相同的引腳作為國(guó)家半導(dǎo)體公司的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LM317。可調(diào)版本的LM1085的發(fā)展，在1.25V參考電壓（基準(zhǔn)）之間的輸出和調(diào)整終端。典型電路如圖所示，該電壓通過(guò)電阻R1產(chǎn)生恒定電流I1。這種恒定電流然后流經(jīng)R。由此產(chǎn)生的壓降，R2增加了參考電壓設(shè)置所需的輸出電壓。圖3.23 典型電路本次設(shè)計(jì)的實(shí)際電路圖如下:圖3.24 實(shí)際整流電路3.4 PCB的制作1） PCB板前期制

50、作若想制作一塊成功的PCB板，前期需要做大量的準(zhǔn)備工作。首先必須建立電路原理圖，然后分析性能，排除錯(cuò)誤。在PROTEL99SE軟件上根據(jù)原理圖和實(shí)際元器件的封裝將每個(gè)元器件封裝好，接著創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表，最后導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表。最關(guān)鍵的是PCB的布線環(huán)節(jié)，布線的好壞直接關(guān)系到PCB板的成敗。最后是對(duì)布線作兩到三次的調(diào)整，減小干擾，優(yōu)化布線。至此PCB板制作的前期工作基本完成。圖3.25高頻功率放大器的PCB圖2） PCB板后期制作和元器件焊接將PCB文件打印在熱傳印紙上，仔細(xì)檢查沒(méi)有錯(cuò)誤后，接著是將PCB圖通過(guò)熱傳印機(jī)轉(zhuǎn)印到覆銅板上。此處一定要注意必須完全轉(zhuǎn)印上去，若個(gè)別地方轉(zhuǎn)印效果不好可用水筆略作修改。最后

51、是將轉(zhuǎn)印完畢的覆銅板放到腐蝕劑里面腐蝕，最后還需對(duì)PCB板打孔，上松香水等操作。PCB板制作完成后，再根據(jù)電路原理圖確定所需的電子元器件清單，將各元器件按PCB位置放好進(jìn)行焊接。電路板焊接好以后，首先要做的是檢查電路板是否存在短接，虛焊等情況。還需對(duì)有問(wèn)題的地方進(jìn)行修該。3）硬件電路調(diào)試首先在電路板通上電以前一定要確保電路的正確性，尤其是不能出現(xiàn)電源短路的情況。否則，電路有被燒壞的危險(xiǎn)。電路調(diào)試時(shí)可以先將小模塊調(diào)試成功。比如，對(duì)自動(dòng)增益控制模塊進(jìn)行單一調(diào)試，確保符合要求時(shí)，再往系統(tǒng)板上搭建。第4章RFID系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字調(diào)制方式傳送信息，用數(shù)字調(diào)制信號(hào)（包括數(shù)字基帶信號(hào)

52、和已調(diào)脈沖）對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制。數(shù)字調(diào)制方式有幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。RFID系統(tǒng)中較多的是采用ASK調(diào)制方式。4.1幅移鍵控（ASK）“幅移鍵控”又稱(chēng)為“振幅鍵控”，記為ASK。也有稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)鍵控”（通斷鍵控）的，ASK是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制方式。   在“幅移鍵控”方式中，當(dāng)出現(xiàn)“1”時(shí)接通振幅為A的載波，出現(xiàn)“0”時(shí)關(guān)斷載波，這相當(dāng)于將原基帶信號(hào)（脈沖列）頻譜搬到了載波的兩側(cè)。 幅移鍵控（ASK）可以看做是模擬信號(hào)中的調(diào)幅，而與載頻信號(hào)相乘的卻是二進(jìn)制數(shù)碼。移幅就是把頻率、相位當(dāng)作常量，把振幅作為變量，通過(guò)載波的幅度來(lái)傳遞信

53、息比特，輸出后的2ASK波形來(lái)表達(dá)的。二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK），由于調(diào)制信號(hào)只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻關(guān)斷，或者接通，而它的實(shí)際意義是假如調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，傳輸載波；而調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，不傳輸載波。4.2 ASK調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)（1）副載波負(fù)載調(diào)制首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制低頻率的副載波，可以選擇振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、或相移鍵控（PSK）調(diào)制作為副載波調(diào)制的方法。副載波的頻率是通過(guò)對(duì)高頻載波頻率進(jìn)行二進(jìn)制分頻產(chǎn)生的。然后用經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制的副載波信號(hào)控制電子標(biāo)簽線圈并接負(fù)載電阻的接通和斷開(kāi)，即采用經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制的副載波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制，以雙重調(diào)制方式傳

54、送編碼信息。 （2）負(fù)載調(diào)制電子標(biāo)簽的固有諧振頻率與閱讀器的發(fā)送頻率相符合，則處于讀卡器天線的交變磁場(chǎng)中的電子標(biāo)簽就能從磁場(chǎng)獲得最大能量。同時(shí)電子標(biāo)簽線圈的阻抗變化對(duì)讀卡器線圈造成反作用，引起讀卡器線圈回路變換阻抗ZT的變化造成讀卡器天線的電壓變化。二進(jìn)制編碼信號(hào)控制電子標(biāo)簽的接通和斷開(kāi)，使數(shù)據(jù)以調(diào)幅的方式從電子標(biāo)簽傳輸?shù)阶x卡器上，就實(shí)現(xiàn)了負(fù)載調(diào)制。在讀卡器端，對(duì)閱讀器天線上的電壓信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解調(diào)回收。電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)制有著與讀卡器天線高頻電壓的振幅鍵控（ASK）調(diào)制相似的效果。小結(jié)本文首先對(duì)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，然后針對(duì)遙耦合的中頻段RFID系統(tǒng)及其讀寫(xiě)器進(jìn)行了研究，并采用MOS場(chǎng)效應(yīng)管IRF510設(shè)計(jì)了高頻功率放大器。整個(gè)電路在調(diào)試過(guò)程中，運(yùn)行穩(wěn)定，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)射頻信號(hào)起到了放大作用。總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，收獲如下：1、通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我受到綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的訓(xùn)練，也能提高我的