RFID射頻技術(shù)在現(xiàn)代支付領(lǐng)域的應(yīng)用.doc

RFID射頻技術(shù)在現(xiàn)代支付領(lǐng)域的應(yīng)用作者：姚麗莎 來源：RFID世界網(wǎng)時(shí)間：2006-10-23 一、RFID技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀（一）RFID技術(shù)簡介及其發(fā)展史射頻識別技術(shù)RFID (Radio Frequency Identification)是自動(dòng)識別技術(shù)的一種，即通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標(biāo)加以識別。與傳統(tǒng)的識別方式相比，RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并被認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來替代品。 RFID技術(shù)的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，那時(shí)它被用來在空中作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識別。從歷史上看，RFID并不是一個(gè)嶄新的技術(shù)。從分類上看，因?yàn)榻?jīng)過多年的發(fā)展，13.56MHz以下的RFID技術(shù)已相對成熟，目前業(yè)界最關(guān)注的是位于中高頻段的RFID技術(shù)，特別是860MHz960MHz(UHF頻段)的遠(yuǎn)距離RFID技術(shù)發(fā)展最快；而2.45GHz和5.8GHz頻段由于產(chǎn)品擁擠，易受干擾，技術(shù)相對復(fù)雜，其相關(guān)的研究和應(yīng)用仍處于探索的階段。（二）RFID工作原理及技術(shù)現(xiàn)狀1、RFID的基本工作原理最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：電子標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；讀寫器(Reader)：具備讀取和寫入標(biāo)簽信息功能的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞射頻信號。有些系統(tǒng)還通過讀寫器的RS232或RS485接口與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。圖1 RFID射頻感應(yīng)技術(shù)工作原理圖RFID系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體的表面或者內(nèi)部，電子標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。讀寫器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識別物體的目的。如圖1所示，在電磁場系統(tǒng)中，讀寫器通過天線發(fā)出一個(gè)電磁（EM）波，電磁波以一個(gè)球形波向前傳播。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機(jī)進(jìn)行有關(guān)處理。2、RFID技術(shù)現(xiàn)狀RFID技術(shù)利用無線射頻方式在讀寫器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻識別具有非接觸、讀寫速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用等特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張電子標(biāo)簽。目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和甚高頻的頻率范圍內(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)的不同的產(chǎn)品,而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì)有不同的特性和不同的典型應(yīng)用。一般低頻(3 V)之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信號包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號一般小于lV。因此數(shù)字信號與射頻信號之間的差別會(huì)達(dá)到120 dB。顯然如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離。微弱的射頻信號可能遭到破壞,這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。12 供電電源的噪聲干擾 射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感,尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以lMHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。13 不合理的地線 如果RF電路的地線處理不當(dāng),可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對于數(shù)字電路設(shè)計(jì),即使沒有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會(huì)如電感器一樣作用。粗略地計(jì)算,每毫米長度的電感量約為l nH,433 MHz時(shí)10 toni PCB線路的感抗約27。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長，電路將無法具有設(shè)計(jì)的特性。14 天線對其他模擬電路部分的輻射干擾 在PCB電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模，數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬輸入端。因?yàn)槿魏坞娐肪€路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。2 RF電路設(shè)計(jì)原則及方案21 RF布局概念 在設(shè)計(jì)RF布局時(shí),必須優(yōu)先滿足以下幾個(gè)總原則： (1)盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來，簡單地說，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路： (2)確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒有過孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好； (3)電路和電源去耦同樣也極為重要； (4)RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入； (5)敏感的模擬信號應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號和RF信號。22 物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計(jì)原則人臉識別就是要“以貌取人”文章出處:與非網(wǎng) 更新于2008-12-25 02:17:43 人臉識別 “以貌取人” 有這樣一群人，一直在進(jìn)行著各種各樣的努力，攻破一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)。而他們的目的，卻是為了“以貌取人”。 不是玩笑，更不是天方夜譚。因?yàn)檫@些人所從事的工作，正是“人臉識別技術(shù)”的研發(fā)與應(yīng)用。從“一指禪”到“面面觀”秋去冬來，瑟瑟寒風(fēng)中，一雙厚厚的手套讓我們倍感溫度。相信，沒有誰愿意在零下幾度的時(shí)候摘下它。但是，由于指紋打卡機(jī)的應(yīng)用，使得我們每天不得不站在公司門口練習(xí)“一指禪”的功夫。試想，如果有一種產(chǎn)品，能夠讓我們這些君子“既不動(dòng)口也不動(dòng)手”，便能完成身份識別的工作，那將是事半功倍的。而人臉識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，恰好滿足了我們的需求。近年來，由于反恐、國土安全和社會(huì)安全的需要，世界各國都對安防領(lǐng)域加大了投入。而身份識別正是安防的一個(gè)核心問題。在這種大環(huán)境下，生物特征識別迎來了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，人臉識別技術(shù)在這樣的環(huán)境下異軍突起，猶如七八點(diǎn)鐘的太陽冉冉升起。截止2007年，人臉識別的市場份額由原來的微不足道，迅速上升到12.9%，市場份額僅僅小于指紋識別，并且比重還在不斷增加，徹底打破了國際生物識別市場上“指紋”一統(tǒng)天下的局面。放眼國內(nèi)人臉識別技術(shù)市場，從2007年便開始經(jīng)歷迅速的發(fā)展，而且發(fā)展的腳步越來越快。由于科技界和社會(huì)各個(gè)方面都認(rèn)識到人臉識別技術(shù)的重要性，國家政策對人臉識別技術(shù)研究給予了很大支持，使得我國人臉識別技術(shù)取得了很大進(jìn)展。而且，除了傳統(tǒng)的考勤、門禁等應(yīng)用外，各種新的應(yīng)用需求的不斷涌現(xiàn)，也極大地推動(dòng)了這一市場的發(fā)展。例如，視頻監(jiān)控環(huán)境下的身份識別正成為一種迫切的需求，即在一個(gè)較復(fù)雜的場景中，在較遠(yuǎn)的距離上識別出特定人的身份，這顯然是指紋識別的方法所不能滿足的。而人臉識別卻是一個(gè)極佳的選擇。此外，人臉識別系統(tǒng)的市場大小，很大程度上是和人口的數(shù)量大小相關(guān)的。而我國有13億人口，這就從本質(zhì)上決定了我國是世界上規(guī)模最大的生物識別市場。從“一指禪”到“面面觀”，看起來只是個(gè)時(shí)間的問題。 掀起技術(shù)的蓋頭來“指紋識別應(yīng)該是目前應(yīng)用最廣泛、最普及的一種生物特征識別技術(shù)，在全球也是如此；人臉識別技術(shù)，目前在全球所占份額不小，但在國內(nèi)，由于進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格昂貴，所占份額非常小，基本上還是一個(gè)空白，許多人臉識別的產(chǎn)品大家都沒有看到過?！睗h王科技股份有限公司人臉產(chǎn)品線經(jīng)理石踐介紹說，“然而人臉識別系統(tǒng)相比較指紋識別而言，有著極大的優(yōu)勢。所以，我們認(rèn)為是時(shí)候掀起人臉識別技術(shù)的蓋頭來了?！薄芭c此前的指紋識別系統(tǒng)相比，人臉識別系統(tǒng)有很多的先天優(yōu)勢。由于干濕手指、手指蛻皮等因素，以及少數(shù)人的指紋過于細(xì)密，指紋識別的不適用人群比例一般在5%左右。而且指紋識別需要專門的指紋采集頭，多人長期公共手指接觸，存在交叉?zhèn)魅炯膊〉奈ｋU(xiǎn)，因此，指紋識別系統(tǒng)的使用受到許多條件的限制。而相比之下，人臉識別系統(tǒng)卻要先進(jìn)很多。首先，人臉識別是一種最自然、非接觸的識別，非侵犯性好、也很安全，無論室內(nèi)還是戶外均可使用；其次，人臉識別更直觀、更安全、更快捷，比如按指紋，指紋按過之后，大家無法直觀認(rèn)出這個(gè)指紋是誰的，但是人臉識別就可以一眼認(rèn)出人來，這樣保存的識別照片記錄，非常方便事后查證處理，甚至作為通緝照片使用?！笔`介紹，“人臉識別系統(tǒng)的識別速度相當(dāng)快，漢王自己研發(fā)的PC平臺人臉識別系統(tǒng)一秒鐘能夠識別15次，在用戶不經(jīng)意的瞬間自動(dòng)完成識別過程，非常快捷方便；而且人臉識別系統(tǒng)具有存儲功能，只要把一些具有潛在危險(xiǎn)性的重點(diǎn)人物的臉部特征輸入存儲系統(tǒng)，重點(diǎn)人物 如擅自闖關(guān)，識別系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，向其他安保中心報(bào)警。另外，某些重要區(qū)域如控制中心只允許特定身份的工作人員進(jìn)出，這時(shí)候面部檔案信息未被系統(tǒng)存儲的所有人全都會(huì)被拒之門外?！碑?dāng)前，漢王人臉識別的順利識別率達(dá)到95，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)同行，令人驚嘆。據(jù)了解，早在2003年，漢王科技就瞄準(zhǔn)生物特征識別最前沿技術(shù)人臉識別，開展算法的深入研究?，F(xiàn)在漢王已經(jīng)擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“Dual Sensor”?人臉識別算法。它采用專用雙攝像頭，屬于準(zhǔn)三維人臉識別技術(shù)，識別性能大大超過二維人臉識別，算法復(fù)雜度遠(yuǎn)低于三維人臉識別，技術(shù)優(yōu)勢明顯，處于國際領(lǐng)先水平，識別性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前市面上一般的單攝像頭人臉識別算法。2006年，漢王科技率先在高速DSP平臺上成功實(shí)現(xiàn)了嵌入式人臉識別算法，從而將人臉識別的應(yīng)用領(lǐng)域，從PC平臺擴(kuò)展到更廣闊的嵌入式平臺，從而為人臉識別技術(shù)的規(guī)模商用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2008年10月，在國家工信部電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金的人臉專項(xiàng)資金的支持下，漢王科技充分發(fā)揮自己在模式識別領(lǐng)域的技術(shù)和市場領(lǐng)導(dǎo)者優(yōu)勢，結(jié)合國內(nèi)外人臉識別市場的發(fā)展趨勢，隆重推出全球第一款嵌入式雙攝像頭人臉識別機(jī)，目前該產(chǎn)品人臉通F710已經(jīng)上市?！靶　碑a(chǎn)品拉開大序幕“不要看這個(gè)東西小，我們認(rèn)為它可是能夠拉開人臉門禁時(shí)代大幕的?！睂τ诠咀钚峦瞥龅娜四樛‵710，漢王科技總裁劉迎建滿懷信心。“我們總是習(xí)慣將對某一領(lǐng)域十分熟悉的人稱為xx通。所以，我們將這款全球首個(gè)嵌入式雙攝像頭人臉識別機(jī)命名為人臉通。毫不夸張地說，無論你是哪個(gè)國家的人，只要你有一張臉，它就會(huì)認(rèn)識你，并且永遠(yuǎn)記住你?！笔聦?shí)確實(shí)如此。作為一款在2008安博會(huì)上獲得“創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)”的產(chǎn)品，人臉通F710具有諸多優(yōu)點(diǎn)。由于采用了專用雙攝像頭以及漢王最新的 “DualSensor? V2.0”人臉識別算法, 人臉通F710的識別速度更快，準(zhǔn)確率更高，而且不受環(huán)境光線的影響。上下班高峰時(shí)段再也不用排隊(duì)等待打卡，這在人臉識別時(shí)代也不是夢想。不用刷卡，不用手按，看一眼就出結(jié)果，通過速度自然加快。而且，彩屏顯示、人臉自動(dòng)捕獲及在識別成功后的中文語音報(bào)名，都體現(xiàn)出了更多的人性化。此外，安全性高、健康衛(wèi)生及良好的兼容性，都使得人臉通F710一上市，就受到了廣泛的關(guān)注。國際生物特征識別領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)IBG的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來全球人臉識別的增長趨勢非常強(qiáng)勁，年均增長率超過80%，大大超過了全球整體生物特征識別市場30%的年均增長率。人臉識別，作為全球生物特征識別的一個(gè)市場熱點(diǎn)，越來越受到人們的普遍關(guān)注，并展示了其美好的應(yīng)用前景。作為國內(nèi)企業(yè)奮起直追，突破國外技術(shù)壟斷，推出性能穩(wěn)定、價(jià)格適中產(chǎn)品的代表，漢王科技對于F710的成功研發(fā)，無疑給國內(nèi)人臉識別大規(guī)模商用的產(chǎn)業(yè)化注入了一針興奮劑。“一個(gè)好消息，我們的人臉通馬上就要走出國門，去美國參加CES大展了。我們的產(chǎn)品是中國創(chuàng)造的，而我們的市場是面向全球的。漢王的人臉通有信心開辟國際市場?！眲⒂ǖ难哉Z中難掩興奮。作為識別領(lǐng)域的民族品牌，漢王科技的目標(biāo)當(dāng)然不僅僅是在國內(nèi)推出一款人臉通，更在于讓中國的品牌昂然屹立于國際市場。 設(shè)計(jì)分區(qū)可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、方向和屏蔽等；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號以及接地等的分區(qū)。221 物理分區(qū)原則 (1)元器件位置布局原則。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的元器件并調(diào)整其方向,以便將RF路徑的長度減到最小,使輸入遠(yuǎn)離輸出。并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。 (2)PCB堆疊設(shè)計(jì)原則。最有效的電路板堆疊方法是將主接地面(主地)安排在表層下的第二層，并盡可能將RF線布置在表層上。將RF路徑上的過孔尺寸減到最小,這不僅可以減少路徑電感,而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn),并可減少RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。 (3)射頻器件及其RF布線布局原則。在物理空間上,像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個(gè)RF區(qū)之間相互隔離開來，但是雙工器、混頻器和中頻放大器混頻器總是有多個(gè)RFIF信號相互干擾因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與IF跡線應(yīng)盡可能十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊地。正確的RF路徑對整塊PCB的性能非常重要，這就是元器件布局通常在蜂窩電話PCB設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。 (4)降低高/低功率器件干擾耦合的設(shè)計(jì)原則。在蜂窩電話PCB上,通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB的某一面,而將高功率放大器放在另一面,并最終通過雙工器把它們在同一面上連接到RF端和基帶處理器端的天線上。要用技巧來確保通孔不會(huì)把RF能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面，常用的技術(shù)是在二面都使用盲孔?？梢酝ㄟ^將通孔安排在PCB板二面都不受RF干擾的區(qū)域來將通孔的不利影響減到最小。222 電氣分區(qū)原則 (1)功率傳輸原則。蜂窩電話中大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小,因此，布線寬度通常不是問題。不過必須為高功率放大器的電源單獨(dú)設(shè)定一條盡可能寬的大電流線，以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗,需要采用多個(gè)通孔來將電流從某一層傳遞到另一層。 (2)高功率器件的電源去耦。如果不能在高功率放大器的電源引腳端對它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊板上，并帶來多種的問題。高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵，經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩。 (3)RF輸入，輸出隔離原則。在大多數(shù)情況下，同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵?，那么它們就有可能產(chǎn)生自激振蕩。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作。實(shí)際上。它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調(diào)信號添加到RF信號上。 (4)濾波器輸入，輸出隔離原則。如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，那么，這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出良好地隔離。首先必須在濾波器周圍布置一圈地。其次濾波器下層區(qū)域也要布置一塊地，并與圍繞濾波器的主地連接起來。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個(gè)好方法。此外，整塊板上各個(gè)地方的接地都要十分小心,否則可能會(huì)在不知覺之中引入一條不希望發(fā)生的耦合通道。 (5)數(shù)字電路和模擬電路隔離。在所有PCB設(shè)計(jì)中，盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則，它同樣適用于RF PCB設(shè)計(jì)。公共模擬地和用于屏蔽和隔開信號線的地通常是同等重要的，由于疏忽而引起的設(shè)計(jì)更改將可能導(dǎo)致即將完成的設(shè)計(jì)又必須推倒重來。同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號所有的RF走線、焊盤和元件周圍應(yīng)盡可能多地填接地銅皮并盡可能與主地相連。如果RF走線必須穿過信號線,那么盡量在它們之間沿著RF走線布置一層與主地相連的地。如果不可能，一定要保證它們是十字交叉的這可將容性耦合減到最小，同時(shí)盡可能在每根RF走線周圍多布一些地，并把它們連到主地。此外。將并行RF走線之間的距離減到最小可使感性耦合減到最小。3 結(jié)束語 迅速發(fā)展的射頻集成電路為從事各類無線通信的工程技術(shù)人員提供了廣闊的前景。但同時(shí)，射頻電路的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)能力。本文總結(jié)的一些經(jīng)驗(yàn)可以幫助射頻集成電路開發(fā)者縮短開發(fā)周期避免走不必要的彎路，節(jié)省人力物力。無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟文章出處:與非網(wǎng) 更新于2008-12-15 11:23:43 無線系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ZigBee 要使一種方案具秘密武器或使其有別于競爭者，無線可能是一種非常好的選擇。只要遵照幾個(gè)關(guān)鍵指南，你就能達(dá)到無線工程師的水平。 作為參考，此處的“短距離無線”不是指手機(jī)或WiMAX，而是包括你聽說過的所有技術(shù)，如藍(lán)牙、IrDA、ISM、 Wi-Fi和 ZigBee，以及其他一些值得提及的專業(yè)設(shè)計(jì)。本文可以作為你未來方案的經(jīng)典。特別是，看看覆蓋260470MHz頻帶的15.231，以及覆蓋常用的902928MHz 頻帶的15.249。 設(shè)計(jì)步驟 第一步：明確應(yīng)用和特點(diǎn) 像任何設(shè)計(jì)冒險(xiǎn)一樣，無線設(shè)計(jì)的第一步是明確應(yīng)用并定義參數(shù)。究竟想要做什么？將它寫出來。 遙感勘測包括住宅/建筑物環(huán)境檢測、自動(dòng)讀表、醫(yī)學(xué)、汽車(溫度、輪胎壓力)，以及工業(yè)傳感器監(jiān)測，是更流行的應(yīng)用之一。另外很受歡迎的應(yīng)用場合是遠(yuǎn)程控制車庫門、玩具、遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入、HVAC、安全/報(bào)警以及工業(yè)控制。 第二步：定義關(guān)鍵特性 定義項(xiàng)目的重要特性很關(guān)鍵，這些特性包括理想距離、環(huán)境、功耗限制、是固定還是便攜？調(diào)制信號(是模擬還是數(shù)字？)、需要收發(fā)器而不是只要發(fā)射器或接收器、輸入、輸出、接口、以及其它相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。某些性能測量，如位差錯(cuò)率或可靠性，如果使用，也應(yīng)包含在內(nèi)。需要特別關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括： 距離：短距離無線技術(shù)覆蓋的距離范圍很大，從數(shù)英寸直到很多英里范圍。需要具體確定距離范圍，或者至少定出盡可能接近的距離范圍，因?yàn)檫@些信息決定了所選的技術(shù)。 環(huán)境：是室內(nèi)還是室外？發(fā)射器和接收器之間的視線是否很好，或者還是穿過墻、地板或樹木？環(huán)境是否充滿了來自電器系統(tǒng)和設(shè)備(如馬達(dá)或者附近工作的其它無線設(shè)備)的噪音？一般情況下，頻率越高，距離越短。 連接：是點(diǎn)對點(diǎn)通訊(P2P)、點(diǎn)到多點(diǎn)(P2M)還是多點(diǎn)到點(diǎn)(M2P)通訊？當(dāng)然，單個(gè)P2P連接用起來最簡單。但是，應(yīng)用可能需要多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，如在遙感勘測中就要采用M2P?；蛘撸绻仨殢囊粋€(gè)地點(diǎn)控制多個(gè)設(shè)備，就要采用P2M。此外，要考慮連接是單工(單向，播放)還是雙工(雙向)，是半雙工還是全雙工？ 信息類型：信息源是模擬的還是數(shù)字的？目前，大多數(shù)信息源都是數(shù)字碼或稱數(shù)據(jù)，但如果本質(zhì)是模擬的話，也可以處理。需要模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。在15.231節(jié)，在260MHz470 MHz頻段，只能發(fā)送短數(shù)據(jù)脈沖。此外，不允許發(fā)送聲音或視頻信息。但可以以模擬或數(shù)字形式在902928 MHz頻段傳送聲音、視頻或任何其它信息。 數(shù)據(jù)率：需要的最大數(shù)據(jù)率是多少？大多數(shù)遙感勘測和控制的數(shù)據(jù)率都非常低，小于100 kbps。不過，也可以達(dá)到幾百兆位每秒的數(shù)據(jù)率。 網(wǎng)絡(luò)：項(xiàng)目是一個(gè)簡單的P2P連接還是網(wǎng)絡(luò)的組成部分？聯(lián)網(wǎng)就要與某一主機(jī)或者一個(gè)或多個(gè)其它節(jié)點(diǎn)會(huì)話。需要mesh網(wǎng)絡(luò)嗎？ 安全：無線連接要涉及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保護(hù)嗎？這些要求會(huì)影響到協(xié)議和技術(shù)的選擇。 協(xié)議：需要兼容特定協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，如藍(lán)牙、Wi-Fi或 ZigBee嗎？或者還是自己設(shè)計(jì)協(xié)議來滿足應(yīng)用要求嗎？ 接口：需要哪種數(shù)據(jù)接口(RS-232、SPI、USB 等)？對于簡單應(yīng)用，可能只需要微控制器上的一個(gè)總線。 功耗：如果設(shè)備為遠(yuǎn)程或便攜式，電池使用壽命是一個(gè)關(guān)鍵因素。需要選擇具有休眠模式和低占空比工作的芯片或模塊和協(xié)議，以最大限度延長電池壽命。第三步：選擇技術(shù)根據(jù)上面列出的技術(shù)指標(biāo)，使用這個(gè)表選擇要采用的技術(shù)。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)只有一種適合，或者可以使用兩種或更多。該表可幫助你找到特定選擇，選擇時(shí)還需要考慮其它另外幾個(gè)因素。 藍(lán)牙是應(yīng)用最為廣泛的無線標(biāo)準(zhǔn)，比Wi-Fi廣泛10倍或者更多。藍(lán)牙技術(shù)的成功主要與手機(jī)和手機(jī)耳機(jī)應(yīng)用有關(guān)，而在多種其它應(yīng)用(如計(jì)算機(jī)外設(shè))中也有藍(lán)牙技術(shù)。最主要的是，藍(lán)牙是遠(yuǎn)程耳機(jī)和揚(yáng)聲器及其它音頻應(yīng)用中首屈一指的音頻無線技術(shù)。 藍(lán)牙具有廣泛的速度選項(xiàng)。基本數(shù)據(jù)率為1 Mbps，但也可以選3 Mbps增強(qiáng)型數(shù)據(jù)率(EDR)。2008年之后，對視頻和其它非常高的數(shù)據(jù)率需求，將會(huì)出現(xiàn)一種數(shù)據(jù)率達(dá)480 Mbps的超寬帶版本。 最后，藍(lán)牙能夠滿足基本聯(lián)網(wǎng)?？梢耘c稱作微微網(wǎng)(piconet)中的其它7個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)會(huì)話。這些節(jié)點(diǎn)依次在更多的擴(kuò)展分散網(wǎng)中互相會(huì)話。 雖然藍(lán)牙在許多應(yīng)用中都具有巨大潛力，但不是對所有應(yīng)用都適合。由于藍(lán)牙協(xié)議及相關(guān)堆棧都很復(fù)雜，對某些簡單應(yīng)用就是多余的。然而，對某些預(yù)先確定的應(yīng)用，如音頻，其正式化的概圖和認(rèn)證是其它技術(shù)所無法比擬的。 紅外(IR)無線技術(shù)，跟藍(lán)牙一樣，它們的應(yīng)用比你能想象到的要更廣泛。事實(shí)上，世界上每種遠(yuǎn)程控制都采用IR。IR工作很出色，并且成本很低。最大問題是范圍很有限，另外，視線路徑也必須暢通無阻。理想范圍是15錐型1米范圍，不過也可以達(dá)到更長距離。IrDA標(biāo)準(zhǔn)提供的數(shù)據(jù)率可以達(dá)到16 Mbps，并且模塊非常廉價(jià)。 ISM頻帶是可以使用的最簡單的標(biāo)準(zhǔn)之一。ISM最適合超簡單控制或監(jiān)測應(yīng)用。其數(shù)據(jù)率很少超過100 kbps，并且一般都比此值小許多。可以選的頻率很多，但大多數(shù)應(yīng)用采用315938 MHz、433.92938 MHz, 及902 938-MHz (915MHz最普遍)及2.4 GHz 頻帶。 沒有正式協(xié)議。所以，如果打算采用這些簡單而成本低廉的設(shè)備，就需要制定自己的協(xié)議。ADI的ADF70xx ISM系列芯片包括有一個(gè)軟件包，有助于使用該公司的芯片，建立一個(gè)簡單的協(xié)議來解決自己的問題。 賽普拉斯半導(dǎo)體公司的WirelessUSB系列使用2.4GHz直接序列擴(kuò)頻(DSSS)，給人機(jī)接口設(shè)備(HID)提供低速無線通信(如鍵盤和鼠標(biāo))。其基本數(shù)據(jù)率只有62.5 kbps，不過也可以采用一種1Mbps版本。對多點(diǎn)到單點(diǎn)應(yīng)用也不錯(cuò)?？梢圆捎靡环N簡單協(xié)議，使設(shè)計(jì)人員可以把精力集中到設(shè)計(jì)的其它方面。 在過去的10年間，Wi-Fi得到了不斷發(fā)展。Wi-Fi主要用在無線局域網(wǎng)(LAN)中。偶而也用在短距離監(jiān)測和控制中。 Wi-Fi是一種復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)，但是如采用一個(gè)功放和定向天線，則能擴(kuò)展到100 米甚至更遠(yuǎn)的距離。新的802.11n標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)率從11 Mbps到遠(yuǎn)大于100 Mbps，這對大多數(shù)短距離應(yīng)用都過度了。功耗相應(yīng)較高。 超寬帶(UWB)是另一種針對速率非常高的應(yīng)用的技術(shù)，可以達(dá)到53 480 Mbps的數(shù)據(jù)，但距離小于10米。其標(biāo)準(zhǔn)專注于實(shí)現(xiàn)USB接口標(biāo)準(zhǔn)的無線版，USB接口標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算機(jī)外設(shè)和其它設(shè)備中非常普及。其他潛在的應(yīng)用包括視頻。 ZigBee是為短距離監(jiān)測和控制設(shè)計(jì)的，具有在所有這些技術(shù)中功耗最低的特點(diǎn)。在其基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的最簡單形式中，對P2P、M2P或P2M應(yīng)用很適合。通過增加ZigBee聯(lián)盟堆棧，mesh聯(lián)網(wǎng)成為可能，因此擴(kuò)展了所有節(jié)點(diǎn)的范圍和可靠性。有多種芯片和模塊可供使用。只是要注意，如果采用ZigBee堆棧，則不僅要面臨認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的問題，而且要面臨專利付費(fèi)問題。 如果在高噪聲環(huán)境下工作，就選擇能降低噪聲的調(diào)制方法。所有FSK相關(guān)(頻移鍵控)調(diào)制都不錯(cuò)。DSSS因其基于BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制，效果更好，但要更復(fù)雜，并且成本更高。幅移鍵控/開-關(guān)鍵控(ASK/OOK)是到目前為止最簡單的方法，但要使性能達(dá)到最佳，要求距離更短，并且環(huán)境噪聲要更低。 應(yīng)用也可能影響工作頻率。根據(jù)Friis自由空間功率公式，頻率越低(波長越大)，則給定功率下總距離越長。就是說，如果最大距離很關(guān)鍵，就要使用較低的260470 MHz非認(rèn)證頻帶，而不是更高的900MHz和 2.4 GHz頻帶。另一方面，頻率越低，天線尺寸越大。對某些便攜式應(yīng)用或移動(dòng)應(yīng)用，這可能成為一個(gè)實(shí)際問題，是需要權(quán)衡考慮的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。 最后，可能影響選擇的一個(gè)關(guān)鍵問題是安全性。Bluetooth、IrDA和ISM頻帶中不具備安全性，而UWB、Wi-Fi及ZigBee則具有。 第四步：制造還是購買？ 在本步驟中，必須確定制造和購買哪個(gè)更好。如果項(xiàng)目需要盡可能低成本的嵌入式方案，或許就要選擇芯片并設(shè)計(jì)自己的方案。如果應(yīng)用允許，可以合并現(xiàn)有模塊而加快設(shè)計(jì)的完成。 這些模塊有無線連接需要的所有東西，有時(shí)還包括有天線。費(fèi)用要高一些，而且模塊一般體積要大一些，并且價(jià)格更高。不過，對某些小批量且體積/成本要求靈活的應(yīng)用，選擇這些模塊相當(dāng)好。如果對無線了解越少，則選擇模塊方法更佳。 第五步：天線 不要忘記還有天線，天線是所有無線設(shè)備中的關(guān)鍵機(jī)械部件。實(shí)際上，一開始就要把天線考慮在內(nèi)，因?yàn)閼?yīng)用能否成功取決于它。 第六步：符合FCC 要為“聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)”測試作準(zhǔn)備。無線設(shè)備已經(jīng)設(shè)計(jì)好之后，需要得到FCC的使用和銷售認(rèn)可。FCC要求產(chǎn)品能達(dá)到設(shè)備所屬分類已有輻射限值的認(rèn)證。此外，所有有意輻射體都必須有完整FCC證書。 自己可以對設(shè)備進(jìn)行測試，但大多數(shù)公司將此分包給專門進(jìn)行此類業(yè)務(wù)的機(jī)構(gòu)來完成。在Yahoo或Google里輸入“FCC testing”就能找到幾十家。要確認(rèn)預(yù)算中包括了這項(xiàng)服務(wù)費(fèi)用。 估算信號強(qiáng)度和路徑損耗 可以采用一些基本公式，對距離、功率及其它一些鏈路性能作初步估算?；竟綖椋?Pr=(PtGtGr2) / (162d2) ；其中Pr為接收功率；Pt為發(fā)射功率；Gt為發(fā)射天線功率增益；Gr為接收天線功率增益；d為發(fā)射器和接收器之間的距離，單位為米，是以米為單位的波長，等于300/fMHz。要確認(rèn)兩個(gè)關(guān)鍵因素： 接收功率是波長平方的函數(shù)。因此，頻率越低，接收功率則越大。頻率越高越好，這是由于頻率越高，天線尺寸要小許多。不過，功率一定的話，則距離要小。 接收功率是發(fā)射器和接收器之間距離的平方的函數(shù)。設(shè)計(jì)目標(biāo)是對距離與功率和頻率的關(guān)系進(jìn)行平衡。 在這一公式中，假設(shè)發(fā)射和接收天線之間的視線(LOS)路徑清晰，因此沒有考慮穿墻、樹木或其它障礙物。此外，本公式僅僅在發(fā)射和接收天線的間隔足夠達(dá)到遠(yuǎn)場才有效。 所有電磁波都有近場和遠(yuǎn)場。近場主要是磁場，因此發(fā)射和接收天線更像變壓器的初級和次極。遠(yuǎn)場是實(shí)際混合電磁場或無線電波。其距離約大于D2/，其中D為天線最大尺寸(一般為工作頻率處的半波長，即468/fMHz)。要使估計(jì)最佳，為保險(xiǎn)起見，可假設(shè)遠(yuǎn)場大于10倍波長。 公式中的天線增益是相對于各向同性(球體)源的。該源增益為1。大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的天線，如半波偶極子天線或四分之一波地平面，都是定向的。因此，天線增益表示功率增益為1.64倍或者2.15 dB。 使用該公式的關(guān)鍵是估計(jì)以dB為單位的路徑損耗。其根源是發(fā)射和接收天線之間距離引起了路徑衰減?？梢杂孟率焦烙?jì)路徑損耗： dB loss=37 dB + 20log(fMHz) + 20log(d)；其中，d為距離或范圍，單位為英里，1英里約等于1610米。得到了給定天線組的路徑損耗和發(fā)射功率之后，就可以用下式確定所需要的接收器靈敏度：Pr=PtPL假設(shè)路徑損耗為90 dB，發(fā)射功率為10dBm (10 mW)，則需要的接收器靈敏度為：Pr=1090=80dBm 接收器靈敏度是增大距離的關(guān)鍵，也是給定發(fā)射功率和天線增益下得到更高鏈路可靠性的關(guān)鍵。要盡可能使接收器靈敏度達(dá)到最大。某些新型設(shè)計(jì)的接收器靈敏度可以達(dá)到120dBm130dBm。代表性產(chǎn)品 幾乎對任何應(yīng)用，都有幾十種很好的芯片和模塊可采用。新型產(chǎn)品包括ADI最近推出的ISM頻帶芯片以及微芯技術(shù)公司的某些ZigBee產(chǎn)品。 ADI的ADF70xx系列收發(fā)器工作在50 MHz1 GHz范圍，大多數(shù)版本都采用FSK或高斯FSK(GFSK)，數(shù)據(jù)率在20384 kbps范圍。功率輸出在20 (或16dBm)+10(或+13dBm)之間可調(diào)。接收器靈敏度達(dá)到125dBm。 有多種版本也提供ASK和OOK調(diào)制。其它可以實(shí)現(xiàn)2FSK、3FSK或4FSK工作，每個(gè)符號含有更多位，因而在更窄的通道內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)率更高。大多數(shù)模塊都含有高斯數(shù)據(jù)濾波，有助于使發(fā)射帶寬變窄，并且保證符合鄰近通道功率(ACP)技術(shù)規(guī)范的要求。 ADI的“SRD(短距離器件)設(shè)計(jì)工作室”軟件能對無線連接設(shè)計(jì)和ADF70xx芯片仿真提供幫助。使用該軟件包，可以快速而有效地開發(fā)實(shí)時(shí)仿真，測試多種配置，并且查找可能存在的問題。 該軟件可以使用戶在下列三種仿真模式中選擇一種，這三種模式是：頻域、瞬態(tài)分析以及頻譜分析。同時(shí)，也可以用頻帶、功耗、同步檢測、鏈路分析、調(diào)制選擇、數(shù)據(jù)率、環(huán)路濾波器以及其它參數(shù)作實(shí)驗(yàn)，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。該軟件為免費(fèi)軟件，可以從/srddesign下載。 Microchip公司的MRF24J40 IEEE 802.15.4 2.4-GHz DSSS無線收發(fā)器是針對ZigBee應(yīng)用的，可以單獨(dú)使用或者與ZigBee聯(lián)盟堆棧協(xié)同使用。同時(shí)，該公司所有的MiWi協(xié)議與ZigBee 網(wǎng)狀 lite類似，該協(xié)議是一種簡單協(xié)議，可用于節(jié)點(diǎn)數(shù)少于100個(gè)且節(jié)點(diǎn)之間跳躍數(shù)不多于4個(gè)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺?yīng)用。如果應(yīng)用要求超過了此限制，則要選擇ZigBee。 不過，許多應(yīng)用并沒有那么龐大。如果基本802.15.4特性降低得不嚴(yán)重，MiWi可能是個(gè)不錯(cuò)的選擇。用單個(gè)晶振和微芯公司流行的一種PIC微控制器，很快就可組成能得到認(rèn)可的mesh無線網(wǎng)絡(luò)。此外，可以選用該公司的ZENA無線網(wǎng)絡(luò)分析器工具，簡化ZigBee和MiWi協(xié)議組的配置。這樣可以降低代碼量并優(yōu)化設(shè)計(jì)。 同時(shí)，查看一下AMI半導(dǎo)體公司的ISM頻帶芯片。AMIS-53050是針對小于1 GHz的FSK/OOK工業(yè)應(yīng)用。AMIS-52150適合402MHz405MHz頻段ASK/OOK工業(yè)應(yīng)用。AMIS52100工作于401MHz406 MHz醫(yī)學(xué)頻段，適合可植入應(yīng)用。無線通信設(shè)備通用測試方法文章出處:與非網(wǎng) 更新于2008-04-29 17:42:49 隨著我國無線通信的迅速發(fā)展，對無線通信設(shè)備的技術(shù)要求越來越高，如何確定其性能指標(biāo)成為設(shè)備生廠商與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商以及通信測試機(jī)構(gòu)所共同關(guān)注的問題。本文介紹了用于無線通信設(shè)備的通用測試方法。這測試方法適用于包絡(luò)邊續(xù)的頻率調(diào)制或相位調(diào)制系統(tǒng)，頻率范圍：25MHz到1000MHz，信道間隔12.5KHz，20KH及25KHz。測試設(shè)備與測試條件1、功率測試接收機(jī)：用于測試相鄰信道的發(fā)射機(jī)功率。它包括振