基于AT88RF256的RF射频研究

      摘要：介绍了射频技术。特别是对于RF射频的寄存器和命令，编码设计的思想，如何发射进行了详细了介绍，最后进行了数据仿真，表明射频在不同的频段有不同的增益。

      关键词：射频；密勒码；地址字

      O 引言

      射频(RF)是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300 kHz～30 GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。在电磁波频率低于100 kHz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100 kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。信息源经过二次调制，用线缆传输到对端，对端用反调制将信息源还原后再应用，不管频率多低，也是射频传输方式，如果没有调制反调制过程，只是将信息源用线缆传送到对端直接使用，不管频率有多高，都是一般的有线传输方式。

      1 RF技术核心

      1．1射频卡的寄存器和命令

      AT88RF256-12卡是美国ATMEL公司推出的一款基于125 kHz工作频率的感应卡，可以加密，数据量为256位，内部电路如图1所示，作为典型的低频、加密和可读写卡。用户对卡的操作包括读卡、写卡、核对密码、停止卡等，必须按以下7个命令格式来执行上述操作：

      0A2A1A010：写第A2A1A0页32位的EEPROM；
      0A2AJ A001：读第A2A1A0页32位的：EEPROM；
      0000ll：数据固化命令(8位)；
      010011：写卡片控制位命令(24位)：
      000111：写卡片密码命令：
      011000：停止卡命令：
      011100：核对密码命令：

      当模块没有数字接口或不要求用到数字接口时，任一模块都可在出厂前被预设成相控振荡器(PL0)。只要有一个电源及外部参考源，通过加载工作频率已重新设定的PNP频率合成源，则该PLO就可工作在任一固定的、在50 MHz至5 GHz范围内的工作频率下。微型合成器可被用于许多场合，包括检测器件中的高精度源，数字微波无线器件中的本地晶振，或作为用于大型通信或军事频率合成器系统的紧凑的时钟源。

      1．2 编码要求

      AT88RF256卡在默认状态下读卡片用MILLLER(密勒)码，写命令数据用MANCHESTER(曼彻斯特)码。初始化下，密勒码元宽度是128μ8，曼彻斯特码元宽度是256μs。读写器要对卡片发送命令，除了卡片要进入射频场内获取能量外，发送时间也受限制。卡片进入射频场后，按如下格式向读写卡器循环发送数据：起始位；32～152位(长度可自行设定)的ID数据；停止位；8位收听窗(Listening Window)。图2示出基站模块的DATA OUT引脚的输出波形，在每个数据包之间都有一个持续8位密勒码元宽度的低电平状态的收听窗。只有在收听窗第2位至第7位，射频才可以接收读写卡器发送的读、写命令。所以本设计的一个关键是如何捕捉到收听窗，这属于读卡和解码操作的一部分，解码是建立在对基站模块DATA OUT引脚波形分析的基础上。

      1．3 配置字描述

      配置字的读取在CLKl的正边沿时，从MSB(最高位)开始。新的配置从CS的下降沿开始。假如nRF2401子系统需要配置为ShockBurst方式，两个接收频道，则在VDD(芯片电源)上电后，只需120位的配置字。在协议、工作方式和接收频道都配置好后，只需要1位(RXEN)来切换是接收或发射。在配置字被读取的过程中，MSB(最高位)最先被读到寄存器中。默认配置字为：h8E08．1C20．2000．0000．00E7．0000．E721．0F 04，共18字节，可根据需要进行取舍。Shock Burst数据包的总位数最多不能超过256位，DATAx_W(bits)=256-ADDR_W-CRC(1)其中：ADDR-W为配置字中B[32：18]所设置的接收地址的长度，8位～40位；CRC为配置字B[17]所设置的校验字，8位或16位，4位或8位前缀是自动加进去的，不占用数据包的位数。

      1．4 实验仿真

      用matlab进行实验仿真，如图3所示。

      从实验数据中我们可以发现，不同的Marker对应不同的增益，但是偏离载波均为10 kHz。

      同时数据分为 test data和rejeet data存储，test data为测试数据，rejeet data为不合格产品数据。文件格式如下：

      Current Step description Code s1 s2 s3 hai Up Save test data：
RF-T436 222222222 2010-1-14 13：33：18 Pass 156．129 527．946。
其中：RF-T436测试文件名；222222222电路板条形码号；
2010-1-14日期；3：33：18时间；Pass测试结果；156．129 527．946测试数据。
reject data：
RF-T436 222222222 2006-6-14 14：45：21
Fail Send Start Transmit command 914．153。
其中：RF-T436测试文件名；222222222电路板条形码号；2006-6-14日期；04：45：21时间；Fail测试结果；Send Start Transmit command：测试步骤；
914．153测试数据。从测试文件中可以看出：测试结果。直观明了，便于不合格产品的检修。

      2 射频识别技术应用

      射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类；根据电子标签内是否装有电池为其供电，又可将其分为有源系统和无源系统两大类；从电子标签内保存的信息注入的方式可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。

      (1)低频系统一般指其工作频率小于30 MHz，典型的工作频率有：125 kHz、225 kHz、13．56 MHz等，这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况，典型阅读距离为10 cm)电子标签外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。

      (2)高频系统一般指其工作频率大于400 MHz，典型的工作频段有：915 MHz、2450 MHz、5800 MHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几米至十几米)，适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。

      (3)有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限(3～10年)；无源电子标签内无电池，它接收到阅读器(读出装置)发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。