频率可调的多协议RFID读写器设计

为实现对不同频段、不同通信协议的标签的读取，RFID读写器需要解决频率可调和通信协议可变两大问题。对于频率问题，读写器通过设置CC1101的频率寄存器来设定频率，这属于系统软件设计的内容；同时，通过改变CC1101外围电路的元件参数值以匹配所设定的工作频段，这属于系统硬件设计的内容。对于协议问题，编解码方式和数据格式可以通过在主控制器STM32F103VET6中编程实现，调制解调方式和传输速率都可以通过配置CC1101中的调制器配置寄存器实现，对协议的设置均属于系统软件设计的内容。

2 读写器系统硬件设计
读写器系统硬件部分包括STM32F103VET6主控器、CC1101射频收发模块、液晶显示模块、Wi—Fi收发模块等。读写器通过CC1101射频收发模块与标签进行通信，读写器硬件设计中最关键的是CC1101射频收发模块的外围匹配网络的设计。
2．1 射频收发模块
本设计中选用的CC1101射频收发模块可工作于300～348 MHz、387～464 MHz和779～928 MHz频段，通过配置CC1101中的频率寄存器可很方便地实现CC1101工作频率的设定。图4和图5构成了整个CC1101射频收发模块。

图4是CC1101的引脚连接图，CC1101通过SPI与STM32F103VET6相连。图5是连接CC1101的射频端口和天线的匹配网络图。外围匹配电路可以进行阻抗和频率的匹配。当CC1101的频率寄存器中值改变时，外围匹配电路也需进行调整，才能适应CC1101设定的各工作频率。
经CC1101的射频端口RF_N与RF_P输入、输出的都是差分信号。与射频端口相连的是一个巴伦转换电路，实现差分信号和单端信号的转换。与巴伦转换电路的另一端相连的是两个L型网络，用来滤波和进行阻抗匹配。最末端连接的是天线，可以发送和接收电磁波。CC1101可以在发送模式和接收模式之间进行切换。
CC1101工作频段较宽，一套固定的匹配网络无法满足工作频段内的所有频率。本设计中采用了两套匹配网络，分别对应300～410 MHz频段和410～928 MHz频段，从而覆盖CC1101所有工作频率。这两套电路网络只是元件参数值不同，它们的结构一致，均如图5所示。两套电路中均有可调电容与电感，通过改变可调电容C1和可调电感L1的值可设定对应频段内的任意频率点。图6给出了频率设定的仿真结果，其中各子图的中心频率分别设定为328 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz。
图6中这4条曲线的最高点对应的就是匹配网络的中心频率。由仿真结果可知，图5所示匹配网络电路可以实现中心频率可调，解决了与CC1101中设定的工作频率的匹配问题。