基于低頻喚醒技術的半主動式電子標簽設計
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2．3 低頻喚醒接收模塊
電子標簽低頻喚醒接收功能的實現核心是奧地利微電子的AS3933芯片。AS3933是一款3通道可編程低頻喚醒接收器，主要的功能特點有：3通道ASK喚醒接收，可編程16位或32位曼徹斯特喚醒碼；接收頻率范圍廣泛：15～150 kHz；支持可編程數據速率和帶時鐘恢復的曼徹斯特解碼，并提供了內置自動天線調諧器；喚醒靈敏度達到80 μVRMS，3通道低功耗偵聽模式功耗最低僅有1．7 μA。
低頻天線采用并聯諧振方式，由并聯電阻、電容和電感組成。為克服低頻接收的方向性，天線采用PREMO的3DC1515S-0477J的三維正交低頻天線，其中X、Y軸方向上的電感LXY=4．77 mH、直流等效電阻RXY=93 Ω，Z軸方向上的電感LZ=5．89 mH、直流等效電阻RZ=142 Ω，低頻諧振的頻率f=125 kHz。低頻天線并聯諧振的等效電路如圖3，其中L為天線線圈的電感值，u為天線線圈的感應電壓，RL為天線線圈的直流等效電阻，Cper為并聯電容，Rper為并聯電阻。為了達到最優(yōu)的低頻接收靈敏度，對諧振電路匹配的阻容進行理論計算。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/153646.htm
電路諧振時，并聯電容計算可通過湯姆遜公式獲得：
當L=LXY=4．77 mH，f=125 kHz，代入(1)式求得CperXY=340．2pF；
當L=LZ=5．89 mH，f=125 kHz，代入(1)式求得CperZ=275．5 pF。
設計中缺少電容值為340．2 pF和275．5 pF的電容，X、Y采用330 pF和10 pF的電容并聯代替，Z采用270 pF和6．8 pF的電容并聯代替。AS3933內部諧振電容組能以1 pF為步長編程到最大31 pF，諧振并聯的小容值電容亦可通過配置內部諧振電容組獲得。
低頻天線性能和其品質因數Q關系密切，一般來講，Q值越高低頻喚醒作用距離越遠，不過Q值太高會導致標簽通頻帶寬縮小，影響數據的正確性。設計中Q值大小無法遵循協議標準，廠家推薦的Q值范圍為20～30。并聯諧振電路有載品質因數Q可由下式得到：
根據天線諧振電路相關參數，選取Q=25．1值，代入(2)式分別求得XYZ軸諧振并聯電阻：RperXY=250 kΩ，Rper=470 kΩ。
低頻喚醒接收模塊的電路圖如圖4所示?？紤]程序處理的精簡性，AS3933芯片外接32．768 kHz的晶振，用于對低頻信號的頻率檢測。AS3 933三個接收通道的管腳分別與3D低頻天線的XYZ軸引腳相連，配置引腳與MCU的SPI相連，喚醒管腳WAKE3933與MCU的P0管腳相連，曼徹斯特解碼時鐘管腳CL_DAT3933和數據引腳DAT3933與MCU的P2腳相連，電源引腳外接電源。
2．4 其他功能模塊
電子標簽的其他功能模塊包括電源模塊、存儲模塊、C2仿真調試接口及LED狀態(tài)指示模塊。電源模塊主要包括5 V鋰電池、LP2985 3．3 V電源芯片、LP2985 3．6 V電源芯片、BQ24085充電芯片等。5 V直流鋰電池通過LP2985電源芯片形成3．3 V、3．6 V穩(wěn)壓輸送到各自所需模塊供電。充電部分在電子標簽電池電量不足時可以使其進行及時的充電。以備后續(xù)使用；為了實現標簽操作和狀態(tài)信息的實時記錄以備查詢，設計了一個外部存儲模塊。存儲模塊的選用的芯片是FM3130。C2仿真調試接口是C8051F系列單片機集成的一個具有在線片內編程和調試的接口；LED狀態(tài)指示模塊用于指示電子標簽充電狀態(tài)、低頻喚醒狀態(tài)、高頻數據收發(fā)狀態(tài)。
3 軟件設計
電子標簽軟件主要由3部分組成：初始化部分、休眠模式部分、低頻喚醒接收部分、高頻收發(fā)部分。
初始化部分主要包括MCU內部、外部設備初始化和軟件初始化，包括定時器初始化，端口配置，RTC初始化，中斷初始化，SPI初始化，AS3940初始化，AS3933初始化，晶振初始化，以及部分變量初始化等。休眠模式主要為了降低功耗，包括：關閉一些外設和MCU進入掛起狀態(tài)，包括禁止AS3940，禁止FM3130等。低頻喚醒接收部分主要包括P0端口匹配中斷喚醒MCU接收低頻數據，解析并校驗配對數據。高頻收發(fā)部分用于電子標簽高頻響應閱讀器并向其發(fā)送高頻信息，完成高頻響應后轉入接收來自閱讀器發(fā)來的高頻信息。如圖5所示為半主動式電子標簽主程序流程圖。
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