基于低频唤醒技术的半主动式电子标签设计
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2．3 低频唤醒接收模块
电子标签低频唤醒接收功能的实现核心是奥地利微电子的AS3933芯片。AS3933是一款3通道可编程低频唤醒接收器，主要的功能特点有：3通道ASK唤醒接收，可编程16位或32位曼彻斯特唤醒码；接收频率范围广泛：15～150 kHz；支持可编程数据速率和带时钟恢复的曼彻斯特解码，并提供了内置自动天线调谐器；唤醒灵敏度达到80 μVRMS，3通道低功耗侦听模式功耗最低仅有1．7 μA。
低频天线采用并联谐振方式，由并联电阻、电容和电感组成。为克服低频接收的方向性，天线采用PREMO的3DC1515S-0477J的三维正交低频天线，其中X、Y轴方向上的电感LXY=4．77 mH、直流等效电阻RXY=93 Ω，Z轴方向上的电感LZ=5．89 mH、直流等效电阻RZ=142 Ω，低频谐振的频率f=125 kHz。低频天线并联谐振的等效电路如图3，其中L为天线线圈的电感值，u为天线线圈的感应电压，RL为天线线圈的直流等效电阻，Cper为并联电容，Rper为并联电阻。为了达到最优的低频接收灵敏度，对谐振电路匹配的阻容进行理论计算。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/153646.htm
电路谐振时，并联电容计算可通过汤姆逊公式获得：
当L=LXY=4．77 mH，f=125 kHz，代入(1)式求得CperXY=340．2pF；
当L=LZ=5．89 mH，f=125 kHz，代入(1)式求得CperZ=275．5 pF。
设计中缺少电容值为340．2 pF和275．5 pF的电容，X、Y采用330 pF和10 pF的电容并联代替，Z采用270 pF和6．8 pF的电容并联代替。AS3933内部谐振电容组能以1 pF为步长编程到最大31 pF，谐振并联的小容值电容亦可通过配置内部谐振电容组获得。
低频天线性能和其品质因数Q关系密切，一般来讲，Q值越高低频唤醒作用距离越远，不过Q值太高会导致标签通频带宽缩小，影响数据的正确性。设计中Q值大小无法遵循协议标准，厂家推荐的Q值范围为20～30。并联谐振电路有载品质因数Q可由下式得到：
根据天线谐振电路相关参数，选取Q=25．1值，代入(2)式分别求得XYZ轴谐振并联电阻：RperXY=250 kΩ，Rper=470 kΩ。
低频唤醒接收模块的电路图如图4所示。考虑程序处理的精简性，AS3933芯片外接32．768 kHz的晶振，用于对低频信号的频率检测。AS3 933三个接收通道的管脚分别与3D低频天线的XYZ轴引脚相连，配置引脚与MCU的SPI相连，唤醒管脚WAKE3933与MCU的P0管脚相连，曼彻斯特解码时钟管脚CL_DAT3933和数据引脚DAT3933与MCU的P2脚相连，电源引脚外接电源。
2．4 其他功能模块
电子标签的其他功能模块包括电源模块、存储模块、C2仿真调试接口及LED状态指示模块。电源模块主要包括5 V锂电池、LP2985 3．3 V电源芯片、LP2985 3．6 V电源芯片、BQ24085充电芯片等。5 V直流锂电池通过LP2985电源芯片形成3．3 V、3．6 V稳压输送到各自所需模块供电。充电部分在电子标签电池电量不足时可以使其进行及时的充电。以备后续使用；为了实现标签操作和状态信息的实时记录以备查询，设计了一个外部存储模块。存储模块的选用的芯片是FM3130。C2仿真调试接口是C8051F系列单片机集成的一个具有在线片内编程和调试的接口；LED状态指示模块用于指示电子标签充电状态、低频唤醒状态、高频数据收发状态。
3 软件设计
电子标签软件主要由3部分组成：初始化部分、休眠模式部分、低频唤醒接收部分、高频收发部分。
初始化部分主要包括MCU内部、外部设备初始化和软件初始化，包括定时器初始化，端口配置，RTC初始化，中断初始化，SPI初始化，AS3940初始化，AS3933初始化，晶振初始化，以及部分变量初始化等。休眠模式主要为了降低功耗，包括：关闭一些外设和MCU进入挂起状态，包括禁止AS3940，禁止FM3130等。低频唤醒接收部分主要包括P0端口匹配中断唤醒MCU接收低频数据，解析并校验配对数据。高频收发部分用于电子标签高频响应阅读器并向其发送高频信息，完成高频响应后转入接收来自阅读器发来的高频信息。如图5所示为半主动式电子标签主程序流程图。
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