基于嵌入式系統的RFID手持機系統設計

　RFID手持機在交通運輸、門禁、物流、考勤、貨物管理、身份識別等方面有著十分廣泛的應用。RFID手持設備對電源的效率、使用壽命、可靠性、體積、成本等方面有較高的要求。因此，設計一個穩定性好、效率高、雜散小的電源對于RFID手持機有著十分重要的意義。
　　
　　1RFID手持機硬件結構
　　
　　在基于嵌入式系統的RFID手持機系統設計中，以微處理器LPC2142為主控制器，根據系統的需求外擴了SRAM、Flash、SD卡、鍵盤、LCD顯示、聲響提示進行數據處理、數據存儲、人機交互以及出錯報警提示，通過USB接口可以與主機進行數據通信，背光模塊可以為LCD和鍵盤提供背光，電壓檢測模塊通過核心處理器的A/D轉換器進行電池電壓的檢測，從而間接檢測出電池的剩余電量，RF模塊能夠進行讀寫器與標簽之間射頻信號的收發，通過JTAG接口可以進行程序的調試與下載。電源部分可以為系統中需要電源的各個模塊提供電源，這是本文設計的重點內容。系統硬件結構框圖如圖1所示。

　　2需求電源的指標

　　經設計并計算，該系統需要兩種電壓的電源，一路是3.3V的，為鍵盤、LCD復位電路、所外擴的存儲器、RF模塊供電；另一路是5V的，為系統的聲響提示電路以及鍵盤和LCD的背光電路提供電源。為方便攜帶，系統采用電池供電，欲達到性能指標如下：

　　（1）電源轉化效率≥80%;
　　（2）輸出電流要求：3.3V輸出電流500mA;5V輸出電流300mA;
　　（3）兩路電源電壓的波動均控制在±5%以內；
　　（4）可以通過USB輸入對電池進行充電。
　　
　　3各種電源芯片的特點及選型注意事項

　　3.1各種電源芯片

　　3.2選型注意事項

　　首先，必須要正確選擇電源芯片類型。要明確輸入電壓和所需要的輸出電壓，進而確定是升壓、降壓還是升/降壓。特別要注意的是，普通線性穩壓器、LDO和Buck（或Step-down）型DC-DC只能降壓，不能升壓，Boost（或Step-up）型DC-DC只能升壓不能降壓。

　　強調這一點的原因是，一些芯片（LDO或者降壓型DC-DC）的手冊給出的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍都很寬，很容易誤導沒有經驗的設計者。手冊中的輸出電壓范圍，很多都是針對給出的輸入電壓范圍的，對于特定的輸入電壓，在很多情況下，實際的輸出是達不到給出的輸出電壓的。這一點十分關鍵，決定系統設計的成敗，應引起高度重視。

　　其次，手持設備的電源設計中，要注意芯片的靜態電流，這一點對系統的待機時間影響很大，好的電源芯片的靜態電流在μA級，較差的芯片在mA級，相差上千倍，靜態電流越小，電池的電能耗散就越少，壽命就越長。

　　再次，注意要從實際的負載來考察效率。電源效率與輸出電流是密切相關的，當輸出電流很小或很大時，效率都會變得較差，需要根據需要的電流來選擇電源芯片，以達到效率最大化。

　　4方案選擇及芯片選型

　　4.1方案選擇

　　方案1:3.3V輸出采用LDO，5V輸出采用電荷泵。

　　方案2:3.3V輸出采用Buck/Boost型DC-DC，5V輸出采用升壓型DC-DC。

　　由于鋰離子電池的電壓范圍變化較寬，在2.5V～4.2V（4.2V是滿充可以達到的電壓）之間都應該有正常的電源輸出電壓，如果采用3.3V輸出的LDO，由于要滿足輸入輸出的最小壓差的要求，當電池電壓降到3.4V左右時，電源可能達不到輸出3.3V電壓了。采用電荷泵輸出5V，當輸入輸出電壓比較接近時電荷泵的效率不會很高。采用第二種方案可以最大限度地提高電源轉化效率，延長電池的使用時間。

　　綜合考慮以上的比較，選擇第二種方案。

　　4.2芯片選型

　　通過查詢，決定采用TI的兩個芯片TPS63031和TPS61240分別作為3.3V輸出和5V輸出的電壓轉換芯片，TPS63031在輸入電壓在2.4～5.5V范圍內，通過升壓或者降壓工作模式輸出高達800mA的電流，在節能模式下，當輸出電流在100～500mA之間變化時，效率均在80%以上。TPS61240是可以工作在3.5MHz的升壓DC-DC，輸出電流可以達到450mA，具有PFM/PWM工作模式，當負載電流在200mA左右時，可以在電池的電壓范圍內提供80%以上的效率。

　　由于微處理器對電源紋波要求較高，所以在3.3V輸出的后邊增加了一個LDO，以濾除DC-DC輸出較大的紋波，提高輸出電壓的穩壓精度。由于要滿足壓差和處理器可靠工作電壓的要求，選輸出電壓比3.3V低的TPS78320，可以輸出3.2V電壓，最大可以輸出150mA的電流，這個電壓滿足微處理器LPC2142可靠工作電源電壓范圍和電流需求。

　　此外，該LDO的靜態電流僅為500nA，這正符合電池供電的手持系統節能的要求。

　　5調試
　
　　5.1調試步驟
　　按照原理圖上的參數在印制電路板上焊接好元器件之后，仔細檢查元器件的取值、焊接方向、元器件的極性是否焊接正確，用萬用表仔細檢測元器件的焊接是否存在虛焊，靠得比較近的元器件是否存在不應該存在的短路現象。