AS3991 UHF阅读器设计

                                                           董湘麟  

       UHF读写器在以RFID和WSN为核心的物联网系统中是主流的感知部件,如何设计高性价比的UHF读写器是摆在RFID设计工程师面前的一道难题。

 虽然现在国际、国内市场上有一些有品牌的超高频RFID读写器,但其设计方案各有千秋,应用时的稳定性、可靠性仍有待改进。因此,怎样能设计出性能稳定、性价比高、适应市场需求的超高频RFID读写器是一个值得探讨的问题。

        照原版的AS3990设计的朋友们已经有很多人经历了失败与彷徨。
原版电路由于有一些低级错误,如果不彻底改正,该电路是不可取的。
原版的设计者是真正的高手,电路需要严格调试,不适合大批量生产.但是材料成本比较低,还可以避免别人照抄。

       AS3991在设计,调试时玄机不少.主要是国内没有全面的关于IC的技术支持与培训,技术文件过于简单,也没有关于应用的指导性文件.大家习惯在Demo的基础上进行摸索,这实际上是个学习与进步的过程。

       超高频读写器芯片的AS3990/AS3991是一个综合模拟前端和协议处理的系统,符合ISO18000 - 6C 900MHzRFID读写器系统。

AS3991包括改善板上振荡器VCO和内部功率放大器PA。

       AS3991的封装形式为64QFN封装。它具有集成度高的特点,芯片内集成了接收电路、发送电路、协议转换单元、连接MCU(微控制器)的8 bit并行接口或SPI串行接口等。
      
接收电路包括混频器、自动增益控制、低通和高通滤波器、PMAM解调器、低级解码以及CRC校验等部分。发送电路包括幅移键控或相移键控调制,自动产生帧同步、引导码、CRC校验码,以及低阶数据编码、PMAM调制器。协议转换单元将来自MCU接口的数据自动转换成标准协议数据帧,或将接收的数据帧转换成MCU能接收的数据格式。
       
芯片具有2种工作模式,完全支持ISO18000-6C(EPC Gen2)空中接口协议,兼容ISO18000-6A/B协议。芯片具有并行接口或串行接口2种数据接口方式,方便与MCU进行数据通信。

 电源模式

该芯片有三种电源功率模式。

1.掉电模式:在掉电模式下,需要激活,进入正常通信模式 。

2.正常模式:在这种模式下振荡器(VCO),射频振荡器(VCO)和PLL被启用。

3.待机模式:在待机模式下IC稳压器,参考电压系统,振荡器(VCO)处在低功耗运作模式,但射频振荡器PLL发射器和接收器输出级将关闭。

 读写器PCB的设计  

       PCB板多层层压板总厚度和层数等参数受到板材特性限制。特殊板材一般可提供的不同厚度的板材品种有限,因而设计者在PCB设计过程中必须靠虑板材特性参数、PCB加工工艺的限制。

FR4板材有各种厚度,适用于多层层压的板材品种齐全,表四以FR4板材为例给出一种多层板层压结构和板材厚度分配参数。
工作在1GHz以下的PCB可以选用FR4,成本低、多层压制板工艺成熟。如信号入出阻抗较低(50欧姆),在布线时需要严格考虑传输线特性阻抗和线间耦合,缺点是不同厂家以及不同批生产的FR4板材掺杂不同,介电常数不同(4.2-5.4)且不稳定。
 

  

 

 

                          软件生成的AS3991读写器的3D图像

 

                                            AS3991 Bottom

                                                       3991+top

射频无源器件的选用

阻容器件的选用:

贴片电容,电阻的选用要注意其频率特性以及固有电感。

 

                                                        电感/频率特性

 SMD 晶体振荡器的选用

晶体振荡器在保持系统时间和频率方面非常重要。与体积较大的前代产品相比,温补晶体振荡器(TCXO)和炉控晶体振荡器(OCXO)等现代晶体振荡器具更高的性能。除了努力实现更精确的频率输出和更低功耗外,晶体振荡器还将继续向更小体积的方向发展。许多采用表面贴(SMT)封装的产品可以通过拾放和自动操作设备放置在电路板上。

                                           DS0321SW SMD 晶体振荡器的参数

微型时钟在载波为16.368MHz且偏移载波10Hz相位噪声-80dBc/Hz;偏移载波100Hz时相位噪声为-115dBc/Hz;偏移载波1kHz时相位噪声为-135dBc/Hz;偏移载波10kHz时相位噪声为-148dBc/Hz