被动门禁系统中RF设计的考虑事项

从线圈传输到线圈的能量增加)。

发射器线圈天线发射的LF电磁波信号沿着磁场强度最大的方向角传播，并随着远离中心而逐渐衰减。要获得最佳天线耦合性能，发射器必须直接面向接收器天线。通过采用三个按X、Y和Z轴向正交放置的接收器天线，单个发射器天线的方向性问题就得以解决。反之，多个正交放置的接收器天线可以接收到来自不同天线线圈的任何方向的信号。

图4 RSSI分辨率

被动门禁系统中的RF通信

爱特梅尔提供广泛的UHF IC，这些芯片专为ISM频率范围上的单向或双向通信而设计，适用于汽车门禁系统等车载应用。如用于单向通信的 T5750/53/54、ATA5756/57发射器系列和 ATA5723/24/28、ATA5745/46接收器系列。至于双向通信，则有收发器系列ATA5811/12和ATA5823/24。表1总结了设计被动门禁系统时必须考虑的RF事项。

表2：不同类型天线的优缺点比较

RF设计中讨论最多的是可接收距离，当然还有系统可靠性。一般而言，一个RF系统包含一个发射器模块(本例中即为密钥卡)和一个接收器模块。要设计出最好的解决方案，必须考虑到发射功率和灵敏度这两个主要参数。例如，爱特梅尔的收发器IC ATA5824就能够提供 典型值达-109 dBm 的出色频移键控(Frequency Shift Keying, FSK)灵敏度(在2.4kBps的数据速率下)和典型值达10dBm 的发射功率，这有助于汽车门禁系统实现十分理想的覆盖距离。

图5 车辆天线2D辐射模式实例

天线性能

要获得一个最佳系统链路成本预算和尽可能大的覆盖距离，除了发射功率和灵敏度等RF参数之外，天线的性能也是至关重要的。在大多数情况下，天线设计必须在可用空间和天线尺寸之间进行权衡折衷。鉴于此，密钥卡中往往不能实现最佳天线形状，而更常采用小型环形天线。环形天线是一种磁性天线，在密钥卡应用中，这类天线比鞭形（whip）天线更有用，因为环形天线对人体接触不太敏感。不过，有些应用因为发射距离长，故可能需要高效天线，这时，(折叠式)鞭形天线也许是很适合的密钥卡解决方案。有些天线制造商提供芯片式天线，相比印制式天线，其品质因数(Q因子)和增益都更高。如果系统的成本不是关键因素的话，这也是一种很好的解决方案。在车辆中，天线的尺寸并不算相当重要，有的汽车把天线放在车窗上(比如后车窗)，但最流行的解决方案是放置在接收模块的PCB上的印制式天线。表2总结了这两类天线的优点和缺点。

图6 密钥卡天线2D辐射模式实例

接地噪声反射

在实际生活中，由于反射和衰退效应，环境影响着系统链路预算的衰减。在定义系统的链路预算时，必须把这些因素考虑在内。下面通过一个计算例子来说明接地噪声(接地反弹)反射对可接收距离的影响：

举例：

• 接收器灵敏度：典型值

-109dBm，433.92MHz

• 发射功率：典型值10dBm

• 发射器天线增益：-18dB (接近小尺寸环形天线的性能)

• 本例中假设接收器的天线增益为-6dB

如果接地噪声反射可以忽略，按照自由空间方程，可计算出距离大约为3km。然而本例考虑到了接地噪声反射，典型可接收距离降至300m。当然，实际中接地噪声反射远比本例的更为复杂。图7显示了反射效应是如何影响车辆天线的接收功率的。红色曲线代表自由空间条件下的理想情况，而蓝色曲线代表有人慢慢走近汽车时的行为。

图7 反射效应对868MHz下系统接收信号功率的影响

阻断性能

RF系统总是会受到环境干扰的；而汽车内部存在大量的噪声和干扰，情况便比较明显。爱特梅尔的汽车门禁器件具有出色的阻断性能，可为这类应用提供最佳解决方案。图8例示了ATA5824在 433.92MHz时的3dB阻断曲线。不过，在有些情况下，这种阻断要求远不是集成电路能够满足的。为了满足这类扩展性的应用要求，这时可以借助一个外部前端表面声波(SAW)滤波器来提高阻断性能。

图8 ATA5824在433.92 MHz下的宽带3dB阻断特性

中频滤波器带宽

系统定义中另一个重要指标是中频(intermediate frequency, IF)滤波器带宽。关于这个参数，必须充分考虑到所有的系统频率容差。接收器和发射器的晶振容差和晶振都必须特别仔细地规定，以使最差情况下也仍然能够接收到IF滤波器带宽内的发射器频谱信号。对于极窄IF带宽的系统，还必须考虑到数据速率和调制类型(容差除外)。

耗电量

耗电量始终是汽车门禁系统的一个主要问题，特别是在密钥卡模块中。现在对电池寿命的一般要求为7年左右。即使车辆对耗电量的要求似乎没有这么严苛，但是因为汽车内部电子模块的数量正在不断攀升，所以低功耗解决方案也是必须的。爱特梅尔的UHF器件就是专门为满足这类低功耗要求而设计。

下面是爱特梅尔 IC的耗电量示例：

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