新的天線匹配技術(shù)如何讓HF-RFID實(shí)現(xiàn)運(yùn)行

各地的電子制造商不斷努力實(shí)現(xiàn)基本流程的自動化。 RFID天線調(diào)諧是另一個手動過程，很快就會成為歷史。

RF電路設(shè)計(jì)的主要困難之一是保持天線和收發(fā)器之間的良好匹配。在實(shí)驗(yàn)室中調(diào)整系統(tǒng)可能很方便，但實(shí)驗(yàn)室中的條件很少反映系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中會遇到的情況。安裝后，系統(tǒng)性能會受到環(huán)境條件的極大影響，例如設(shè)計(jì)與金屬或水的接近程度。

高頻RFID（HF-RFID）應(yīng)用很容易受到這種影響。遺憾的是，傳統(tǒng)的HF-RFID組件沒有為用戶提供調(diào)整設(shè)備以補(bǔ)償環(huán)境條件的手段。修整是一種耗時，手動且昂貴的工藝流程。

HF-RFID系統(tǒng)工作頻率為13.56 MHz，受全球公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)管轄：

ISO 14443 A/B （4，5） - 接近或短距離，最大約75 mm。

ISO 15693 （6，7） - 附近或中等范圍，最大約1 m。

ISO 18092 （8） - 近場通信（ NFC）。用于通信讀取器到讀取器或讀取器到NFC設(shè)備。

每個標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)簽的特征，包括：

物理特性

射頻接口（ISO 14443）

初始化和防沖突（ISO 14443）

空中接口和初始化（ISO 15693）

傳輸協(xié)議（ISO 14443）

其他協(xié)議（ISO 15693）

應(yīng)用程序/用戶注冊（ISO 15693）

可以設(shè)計(jì)一個多標(biāo)準(zhǔn)閱讀器與任何HF-RFID應(yīng)答器（也稱為標(biāo)簽）進(jìn)行通信。讀者將能夠讀取和寫入標(biāo)簽。在ISO 14443和ISO 15693系統(tǒng)中，標(biāo)簽將由讀取器廣播的RF場的能量供電（參見圖1）。

HF-RFID的各種標(biāo)準(zhǔn)隨著方式的多樣化而發(fā)展組織希望利用它。例如，RFID可用于固定和移動應(yīng)用。在固定安裝中，讀者必須能夠在許多不同材料的存在下運(yùn)行。

圖1：典型RFID應(yīng)用的簡化架構(gòu)。

在門禁系統(tǒng)中，例如，讀卡器通常位于門口。它可以與金屬，玻璃，木材或復(fù)合材料相鄰，并且每個都具有不同的RF特性。顯然，讀卡器的射頻電路需要一種方法來補(bǔ)償這些材料的影響，以確保在每個位置都能正常工作。手持閱讀器（如用于支付終端，牲畜跟蹤系統(tǒng)等）的環(huán)境可能不同，因?yàn)樗鼈儽仨殤?yīng)對，例如，雨水，濕度以及人體和動物體的接近度。但是，天線微調(diào)的要求是相同的。

RFID閱讀器的基本構(gòu)建模塊是天線，射頻部分和控制器。良好的系統(tǒng)性能要求RF部分和天線之間匹配。由于HF-RFID系統(tǒng)對天線系統(tǒng)使用RLC振蕩電路（見圖2），因此需要進(jìn)行天線調(diào)諧。

振蕩電路的頻率由下式定義：

電阻器的目的是確定儲能電路的帶寬和“Q”。 “Q”值得注意。如果選擇的值太小，則信號將受到過度衰減的影響。如果該值太大，則噪聲可能是個問題。例如，對于ISO 14443，Q值為13是一個不錯的選擇。這是因?yàn)樗鑾挒?48 kHz（Fb）。這由以下公式定義：

實(shí)際計(jì)算結(jié)果是Q為16.需要額外的余量來最小化信號的衰減。

現(xiàn)在可以計(jì)算R的值。所需的值將由以下公式確定：

由于這是一個并聯(lián)電路，必須考慮電感和電容的有效電阻，因此R可以通過以下公式計(jì)算：

由于每個組件的公差，必須在使用閱讀器之前校準(zhǔn)共振頻率。這通常通過調(diào)整設(shè)計(jì)在電路中的可變電容器來完成。這種調(diào)整過程非常耗時。制造工程師不喜歡手動流程，因?yàn)樗鼈兂杀靖?，容易受到人為錯誤的影響。此外，生產(chǎn)線中的環(huán)境可能與其最終位置中的環(huán)境不同，因此系統(tǒng)可能需要在安裝后重新調(diào)整。在系統(tǒng)上線之前，這需要更多的時間和金錢。最后，可調(diào)電容器會隨著時間的推移而漂移，并且可以使系統(tǒng)處于關(guān)閉頻率。

作為易于使用的軟件控制系統(tǒng)的一部分，自動化天線調(diào)諧過程的讀取器IC消除了所有這些問題。 》具有自動天線管理功能的讀卡器集成解決方案的一個很好的例子是ams的AS3910 HF-RFID讀卡器IC。它對系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)調(diào)整是通過系統(tǒng)控制器發(fā)送的命令以數(shù)字方式執(zhí)行的。軟件控制不僅簡化了調(diào)整，還允許用戶在需要時輕松地重新調(diào)整系統(tǒng)以提高現(xiàn)場性能。

數(shù)字調(diào)整很容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)諧序列開始時，在禁用調(diào)諧電容的情況下進(jìn)行初始測量。如果系統(tǒng)不共振，則電容增加。該過程一直持續(xù)到達(dá)到天線共振。在AS3910中，此過程僅使用兩個命令實(shí)現(xiàn)，即檢查天線諧振和校準(zhǔn)天線諧振，這些命令被硬編碼到設(shè)備中。相位檢測器用于測量發(fā)送器輸出信號和接收器輸入之間的相移。當(dāng)達(dá)到90度的相移時，系統(tǒng)正確匹配。低阻抗輸出驅(qū)動器可配置為直接驅(qū)動單端或差分天線系統(tǒng)（見圖2）。

圖2：AS3910可配置為驅(qū)動單端或差分天線。

校準(zhǔn)天線諧振命令允許用戶優(yōu)化天線性能，既簡化了制造過程又允許對現(xiàn)場失諧進(jìn)行一些補(bǔ)償。首次執(zhí)行該命令時（禁用微調(diào)電容），測得的頻率將高于13.56 MHz。接下來，器件在Trim1_0中切換并測量諧振頻率。每個開關(guān)和測試步驟大約需要10μs。接下來，AS3910將切換調(diào)整電容，直到達(dá)到13.56 MHz的諧振頻率。理想情況下，這將通過插入的微調(diào)電容器2和3實(shí)現(xiàn)。如果天線失諧，這允許更高或更低的調(diào)整。用于諧振的微調(diào)電容器的位置存儲在天線校準(zhǔn)寄存器中。如果在切換所有微調(diào)電容器后無法實(shí)現(xiàn)諧振，則天線校準(zhǔn)寄存器會顯示一個錯誤標(biāo)志，提醒用戶校準(zhǔn)錯誤已發(fā)生且應(yīng)檢查系統(tǒng)。

降低成本并提高性能》 HF-RFID讀取器中RF電路的數(shù)字校準(zhǔn)具有在對RF不利的環(huán)境中改善RF性能的優(yōu)點(diǎn)，同時降低了產(chǎn)品的制造成本。正如AS3910所示，可以通過優(yōu)雅和簡單的軟件控制來實(shí)現(xiàn)數(shù)字修整。各地的電子制造商不斷努力使基本流程自動化。 RFID天線調(diào)諧肯定是另一個手動過程，很快就會成為歷史。