PIC16F639在被动无钥门禁系统中的设计应用

图3：由于天线的方向性，在实际应用中，两个天线平行时检测距离最大，
正交时检测距离最短

外部LC谐振天线

PIC16F639器件具有三个低频输入通道。LCX、LCY和LCZ引脚用于连接(每个LF输入通道的)外部LC谐振天线电路。外部电路连接至天线输入引脚及LCCOM引脚。对所有外部天线电路而言，LCCOM是共用引脚。当内部检测电路检测到强输入信号时，建议在LCCOM引脚与地之间接一个电容(1～10uF)，以提供稳定的工作状态。

尽管PIC16F639有三个LC输入引脚与三个外部天线连接，但根据具体应用，用户可以只用一个或两个天线，而不是同时使用三个天线。工作电流消耗与使能的通道数成正比，使能的通道越少，消耗的电流越小，但强烈建议在免持式PKE应用中使用所有三个天线。

为检测低频磁场，通常要使用调谐环型天线。为使天线电压最大，环型天线必须精确调谐到所需的频率。对于PKE应用，应将天线调谐到基站载波频率。环型天线由构成并联LC谐振电路的一个线圈(电感)和几个电容组成。通过增大环路表面积和电路的品质因数(Q)使天线电压最大。

LC谐振电路的谐振频率由式1给出：

其中，L为环路电感，C为电容。

对于给定的LC谐振电路，接收到的天线电压可近似地用式2表达。

其中，fc=基站载波频率(Hz)；△f= |fc-fo|；fo=LC电路谐振频率(Hz)；N=环路线圈的匝数；S=环路表面积(m2)；Q=LC电路品质因数；Bo=磁场强度(韦伯/平方米)；α=信号到达的角度。

在式2中，品质因数(Q)是衡量调谐电路的频率选择性的指标。假设电容在125kHz时无损耗，则LC电路的Q值将主要由电感决定。

式中fo为调谐频率，L为电感值，r为电感的阻抗。

在典型应答器应用中，电感值的范围在1～9mH之间。对于空芯电感，LC电路的Q值大于20，对于铁氧体磁芯电感，Q值约为40。

式2中的Scosα项代表天线的有效表面积，即为环路处于入射磁场中的面积。当cosα等于1时，天线有效表面积最大，此时基站和应答器单元的天线面对面。在实际应用中，两个天线平行时检测距离最大，正交时检测距离最短。图3用图形阐述了实际应用中的天线方向问题。

图4：推荐的应答器电路板天线布局图

如果三个天线在同一印刷电路板上的位置相互正交，可大大减少天线方向问题。在实际应用中，这种设计会提高任何时刻至少有一个应答器天线朝向基站天线的概率。图4为应答器电路板上布置三个天线的图示。LCZ使用一个大空芯线圈，LCX和LCY使用两个铁氧体磁芯线圈。有些公司专门生产125 kHz RFID和低频检测应用系统使用的铁氧体线圈。

如式2和式3所示，当LC电路准确调谐到入射载波的频率时，线圈上的感应电压最大。但在实际应用中，由于LC元件的容差不同，各个应答器的LC谐振频率也不同。为补偿元件容差带来的误差，PIC16F639的每个通道都有一个内部调谐电容组。电容值可以以1pF为步长，被编程到最大63pF，电容值随配置寄存器位的增加而单调递增。

可通过监测RSSI电流输出对电容进行有效调谐。RSSI输出与输入信号强度成正比，因此LC电路被调谐得与载波频率越接近，监测到的RSSI输出越高。总电容值随着配置寄存器位升高而增加，由此得到的内部电容被叠加到LC电路的电容上。随内部谐振电容的增加，LC谐振频率将降低。