頻率可調(diào)的多協(xié)議RFID讀寫器設計

為實現(xiàn)對不同頻段、不同通信協(xié)議的標簽的讀取，RFID讀寫器需要解決頻率可調(diào)和通信協(xié)議可變兩大問題。對于頻率問題，讀寫器通過設置CC1101的頻率寄存器來設定頻率，這屬于系統(tǒng)軟件設計的內(nèi)容；同時，通過改變CC1101外圍電路的元件參數(shù)值以匹配所設定的工作頻段，這屬于系統(tǒng)硬件設計的內(nèi)容。對于協(xié)議問題，編解碼方式和數(shù)據(jù)格式可以通過在主控制器STM32F103VET6中編程實現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)方式和傳輸速率都可以通過配置CC1101中的調(diào)制器配置寄存器實現(xiàn)，對協(xié)議的設置均屬于系統(tǒng)軟件設計的內(nèi)容。

2 讀寫器系統(tǒng)硬件設計
讀寫器系統(tǒng)硬件部分包括STM32F103VET6主控器、CC1101射頻收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、Wi—Fi收發(fā)模塊等。讀寫器通過CC1101射頻收發(fā)模塊與標簽進行通信，讀寫器硬件設計中最關鍵的是CC1101射頻收發(fā)模塊的外圍匹配網(wǎng)絡的設計。
2．1 射頻收發(fā)模塊
本設計中選用的CC1101射頻收發(fā)模塊可工作于300～348 MHz、387～464 MHz和779～928 MHz頻段，通過配置CC1101中的頻率寄存器可很方便地實現(xiàn)CC1101工作頻率的設定。圖4和圖5構成了整個CC1101射頻收發(fā)模塊。

圖4是CC1101的引腳連接圖，CC1101通過SPI與STM32F103VET6相連。圖5是連接CC1101的射頻端口和天線的匹配網(wǎng)絡圖。外圍匹配電路可以進行阻抗和頻率的匹配。當CC1101的頻率寄存器中值改變時，外圍匹配電路也需進行調(diào)整，才能適應CC1101設定的各工作頻率。
經(jīng)CC1101的射頻端口RF_N與RF_P輸入、輸出的都是差分信號。與射頻端口相連的是一個巴倫轉換電路，實現(xiàn)差分信號和單端信號的轉換。與巴倫轉換電路的另一端相連的是兩個L型網(wǎng)絡，用來濾波和進行阻抗匹配。最末端連接的是天線，可以發(fā)送和接收電磁波。CC1101可以在發(fā)送模式和接收模式之間進行切換。
CC1101工作頻段較寬，一套固定的匹配網(wǎng)絡無法滿足工作頻段內(nèi)的所有頻率。本設計中采用了兩套匹配網(wǎng)絡，分別對應300～410 MHz頻段和410～928 MHz頻段，從而覆蓋CC1101所有工作頻率。這兩套電路網(wǎng)絡只是元件參數(shù)值不同，它們的結構一致，均如圖5所示。兩套電路中均有可調(diào)電容與電感，通過改變可調(diào)電容C1和可調(diào)電感L1的值可設定對應頻段內(nèi)的任意頻率點。圖6給出了頻率設定的仿真結果，其中各子圖的中心頻率分別設定為328 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz。
圖6中這4條曲線的最高點對應的就是匹配網(wǎng)絡的中心頻率。由仿真結果可知，圖5所示匹配網(wǎng)絡電路可以實現(xiàn)中心頻率可調(diào)，解決了與CC1101中設定的工作頻率的匹配問題。