超高頻rfid讀寫器芯片pr9000的設(shè)計與實現(xiàn)

超高頻rfid讀寫器芯片pr9000的設(shè)計與實現(xiàn)

pr990芯片是韓國phy香ps公司生產(chǎn)的一種特殊芯片，用于閱讀高頻率rfid讀寫器。讀取速度塊和距離很遠。它可以應用于存儲管理和圖書管理等領(lǐng)域。本文使用了符合ISO/IEC18000-6C(EPCGlobalGenII)協(xié)議的射頻芯片PR9000,并介紹了整體讀寫器架構(gòu),能夠做到識別多個標簽并與其進行數(shù)據(jù)交換,本文對該芯片做了詳細介紹,并詳細敘述了利用該芯片設(shè)計讀寫器的硬件方案和軟件方案,具有一定的使用價值和參考價值。1pr9000結(jié)構(gòu)設(shè)計PR9000封裝形式為48引腳QFN封裝,它集成了高性能900MHz的射頻部分、基帶處理器、增強型8052微控制器、存儲器(64KFlash和16KSRAM)和完全符合國際標準組織18000-6C閱讀器協(xié)議?？梢詼p少讀寫器尺寸、成本以及功耗。PR9000內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,基帶調(diào)制解調(diào)器在射頻部分和微控制器之間起連接作用。模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換是射頻部分的接口,外部存儲器接口是MCU的接口。發(fā)射調(diào)制塊用于傳輸數(shù)據(jù)到射頻部分和接收調(diào)制塊用于從射頻部分接收數(shù)據(jù)。存儲器是用于存儲需要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)。射頻模塊可分為3部分RX(接收部分),TX(發(fā)送部分)和頻率合成器。RFID標簽的反向散射信號通過RX路徑,通過低通濾波器濾波,然后經(jīng)過可編程增益放大器,再由模數(shù)轉(zhuǎn)換等變換被傳送到基帶調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器通過TX路徑,即先通過數(shù)模轉(zhuǎn)換,將其變?yōu)槟M信號,然后再通過低通濾波器等一系列變換將被調(diào)制信號傳輸?shù)絉FID標簽。頻率合成器產(chǎn)生一個單頻率,用于將信號從基帶轉(zhuǎn)換到RF或反之亦然。處理器采用8位的Turbo80C52處理器,在此不做詳細介紹。2pla耦合pfm接收點參數(shù)讀寫器整體電路框架如圖2所示。發(fā)送數(shù)據(jù)端首先經(jīng)過PR9000編碼、載波調(diào)制,將TX＿OUTN和TX＿OUTP兩級差分信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡盘栞敵鲋辽漕l功率放大器PA,經(jīng)PA放大后的信號通過隔離器由天線發(fā)送出去。通過天線接收的信號在通過隔離器后輸出到PR9000的輸入端RX＿IN(RX＿INN和RX＿INP),然后由PR9000本身進行混頻、增益、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、解碼、校驗等處理和接收數(shù)據(jù)。讀寫器與外部之間的數(shù)據(jù)使用MAX232串行接口進行通信。本設(shè)計所使用的是工作于0.9GHz的0900BL18B200巴倫,可實現(xiàn)將200歐姆的特性阻抗轉(zhuǎn)換為50歐姆的特性阻抗,以滿足負載和PA的阻抗匹配。功率放大器使用SKY77189,其增益是27dB,能提供最大為28dBm的輸出。定向耦合器使用的是CP0603LGA,用來將接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的通道進行隔離。隔離器型號是CEG23911MDCB000,用于隔離來自標簽的信號進入發(fā)射通道,讀寫器發(fā)送射頻信號,通過隔離器基本上不會有衰減,通過天線發(fā)送出去。3標簽的響應和讀寫器的控制當在讀寫器識別范圍內(nèi)存在多張標簽時將用到碰撞算法,流程圖如圖3所示,現(xiàn)將防碰撞算法介紹如下。讀寫器上電后在讀寫器識別范圍內(nèi)的標簽被選中,然后標簽進入到就緒態(tài)。當在一個盤存周期里。標簽應保持其就緒狀直至收到其已盤參數(shù),得到這個命令的標簽從16位隨機數(shù)中得到Q位數(shù)被放入槽計數(shù)器中,若槽計數(shù)器不為0,則該標簽從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)為仲裁狀態(tài);如果槽計數(shù)器是0,則標簽從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)為應答狀態(tài)。處于盤存周期中的仲裁狀態(tài)的標簽收到匹配的命令時,標簽的槽計數(shù)器將會減1。槽計數(shù)器為0時,標簽由仲裁狀態(tài)變?yōu)閼馉顟B(tài)。當標簽處于應答狀態(tài)時,標簽將發(fā)送反向散射16位隨機數(shù)到讀寫器。如果標簽得到有效的確認,標簽從應答狀態(tài)變化為確認狀態(tài),此時它可以根據(jù)相應命令轉(zhuǎn)到相應的標簽狀態(tài)(滅活狀態(tài)除外)。標簽將會發(fā)送它的反向散射電子編號、協(xié)議控制和16位隨機數(shù)等信息到讀寫器。當標簽的狀態(tài)是開放狀態(tài)或保護狀態(tài)時,標簽收到來自讀寫器的滅活命令,標簽的狀態(tài)會轉(zhuǎn)為滅活狀態(tài)。處于滅活狀態(tài)的標簽不會對讀寫器的命令做出反應。如果標簽沒有收到有效的確認,標簽將會從應答狀態(tài)轉(zhuǎn)為仲裁狀態(tài)。PR9000超高頻RFID讀寫器是通過讀寫器控制協(xié)議進行控制的,此協(xié)議利用的UART串行接口。該讀寫器數(shù)據(jù)包格式如圖4所示。開始標志和結(jié)束標志是固定值,0xBB是數(shù)據(jù)包開始標志和0x7E是數(shù)據(jù)包結(jié)束標志。包的三個組成部分:消息類型,碼和參數(shù)長度。消息類型指的是讀寫器控制協(xié)議包類型:命令(0x00),響應狀態(tài)(0x01),聲明(0x02)。碼用于指明控制命令類型或響應類型,都是用十六進制表示。參數(shù)長度用于告知PR9000關(guān)于各個參數(shù)的長度。參數(shù)長度包含數(shù)據(jù)或控制信息的參數(shù)長度。通過設(shè)置串口控制協(xié)議命令控制PR9000射頻讀寫芯片讀取標簽信息的步驟是:(1)區(qū)域代碼配置設(shè)計中使用的天線的頻率為915M,處于美國地區(qū)頻帶范圍,故地區(qū)碼設(shè)置為美國地區(qū),用十六進制表示為0x07。(2)選取中心頻率頻道設(shè)置與地區(qū)碼相聯(lián)系,地區(qū)碼中有很多頻道。要選取某地區(qū)碼中的某頻道,去獲得某一特定的中心頻率。本設(shè)計中是選取的美國地區(qū)碼中的第25頻道,用十六進制表示為0xAB。(3)信號處理功率用于設(shè)置PR9000的信號輸出功率,本設(shè)計中使用的天線的駐波比比較大,故PR9000的信號輸出功率要設(shè)置的小一些。設(shè)置PR9000的輸出功率為23dBm,用十六進制表示為0xB2。(4)lect命令的sl標記和互通標簽群的選擇是由select命令來實現(xiàn)的。Select命令可以確認或取消確認標簽的SL標記,或者可以在四個通話的其中一個通話中將標簽的已盤標記設(shè)置為A或B。此時碼用十六進制表示為0x0C。(5)空中接口協(xié)議query參數(shù)的配置Query命令用于啟動和規(guī)定盤存周期。碼設(shè)定為0x0E。(6)反向散射連接的頻率設(shè)置反向散射鏈接頻率設(shè)置為40kHz,用十六進制表示的碼設(shè)定為0xBF。(7)讀取盤存循環(huán)次數(shù)讀取標簽的設(shè)置可以讀取多標簽的ID信息。參數(shù):RC(重復計數(shù)):讀寫執(zhí)行盤存循環(huán)的次數(shù),此處設(shè)置的為100,碼用十六進制表示為0x27,RC此時為0x64。(8)停止閱讀簽名命令和設(shè)置本命令用于停止讀取標簽的ID,此時將碼設(shè)置為0x28即可。4陶瓷天線測試文章使用PR9000射頻芯片設(shè)計了一種支持ISO18000-6C協(xié)議的超高頻RFID讀寫器,使用頻譜分析儀實測讀寫器輸出功率可達28dBm,使用駐波比為1.2增益