一、 PCF7991 简介 作为 NXP PEPS 架构 LF 芯片的“老大哥”,PCF7991(代号 ABIC1)设计的目的便是在 125kHz 这一频段,结合幅移键控(简称 ASK)的技术向钥匙(简称 Transponder)发送数据;同时还基于幅值调制/相位调制(AM/PM)的原理,读取来自钥匙的数据。如 图 1.1 所示。 图 1.1 基站端与钥匙 LF 数据通讯 而 NXP 在对于 PCF7991 的介绍中更多的是涉及 IMMO 的通讯方式,而在本篇章中我们将主要针对 PKE 功能进行讲解。换言之,从基站端到钥匙的 125kHz 数据传输将是本次的重点。 因为基站数据传输采用的是幅移键控,所以这其中将涉及到幅值调制,而在 PCF7991 中,幅移键控的调制深度为 100%,所以又可将其称为一种特殊的幅移键控——二进制振幅键控(OOK)。而这该调制可以通过主控芯片对 PCF7991 串口的控制来实现。具体来说就是通过 SCLK、DOUT 以及 DIN 这 3 个串口对 PCF7991 Configuration Pages 进行写入,再计算采样相位,进行通用设置,然后通过 WRITE_TAG(_N) 开启透传。这之后用户通过控制 DIN 的电平高低变化,即可实现天线驱动的关闭和开启,这也就完成了 OOK 调制。 二、 调谐的原因 在 PEPS LF 这部分调谐是非常有必要的一部分,对于 PCF7991 而言也不例外。在用户对这颗低频芯片进行类似 图 2.1 的操作时,肯定会注意到 GET_CONFIG_PAGE 2 以及 GET_CONFIG_PAGE 3 回传的状态位 ANTFAIL 发生了置位。而这有一部分原因就是 LF 天线选择存在问题,或者更准确地说是天线失谐了。 图 2.1 PCF7991 配置流程 图 2.2 是 GET_CONFIG_PAGE 命令发送之后各自的响应,其中如果 PAGE2 以及 PAGE3 响应的 bit 4 为 1,则说明天线有失谐的可能。 图 2.2 GET_CONFIG_PAGE 响应 天线失谐,则意味着低频数据不会被调制到 125kHz 载波上,这也就意味着在钥匙接收天线正常的情况下,双方的通信有可能受影响。另外对于 PCF7991 而言,天线失谐还会导致天线故障。这也就导致天线电流以及 Tap Point 的电压无法处于正常的工作状态,具体来说就是电流电压值偏低,如 图 2.3 所示。 图 2.3 失谐情况下,天线电流(CH4,绿色)很低 电流值较低可以理解为基站 LF 信号发射功耗受限,这将会影响到 PKE 的通讯距离,如果需要解决这一问题,LF 天线调谐是非常有必要的。 三、 调谐方法 1. 使用网络分析仪调谐 在调谐的过程中,用户可以使用网络分析仪来判断 125kHz 是否是谐振点,不仅如此使用网络分析仪还可以测量包含 Rrf 以及 Rcopper 在内的天线阻抗的实部 Rant,该参数主要是由 图 3.1 中的 Ra 决定,并且会决定天线的最大电流。 图 3.1 包含 EMI 保护的天线电路 而在调试的过程中,可以先将该部分电路与芯片端的 TX1,TX2 以及 RX 引脚断开,然后将天线电路需要接入 TX1 以及 TX2 的末端接入网络分析仪(注意天线需要保持连接以构成完整的回路),之后只需要调整 La 或者 Ca(当然这里建议先确定好 La,再去调整 Ca 容值),保证 125kHz 阻抗虚部尽可能为 0,实部便是 Rant,如 图 3.2。 图 3.2 网分 125kHz 呈阻性, Rant = 32.375Ω(图像仅作说明使用) 2. In-system调谐对天线调谐,还可以利用示波器进行,用户可以将探头放置于 Tap Point 的位置,因为在正弦波的半个周期内,均会出现因为驱动开关而形成的 5V-step,如果 5V-step 位于波峰和波谷之外的位置,则说明天线失谐,如 图 3.3;反之则证明天线经过了调谐,如 图 3.4。 图 3.3 5V-step 不在波峰和波谷(CH2,蓝色),天线失谐 图 3.4 5V-step 位于波峰波谷(CH1,黄色),天线调谐 四、 注意事项 在进行天线调谐的过程中推荐先确定天线的感值,对于大多数峰值电流在 200mA 的应用中,推荐选择 400uH ~ 500uH,而 200uH~250uH 则可以用在 Burst Mode 中。 电感确定好之后,可以开始调整 Ca,Ca 与其串联电容 Cs 共同构成谐振电容。Cs 可以选取大一点的容值,并且对于精度要求可以不用太高。但是 Ca 就需要使用高精度,NP0 电容(排除烙铁焊接等情况对容值的干扰),由于容值属于 nF 级别,所以为了选料方便一点,Ca 的封装也尽可能大一些(0603 以上)。
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