后备电池与无电池模式

        实际应用有可能发生电池意外地暂时脱离电路的情况，例如当应答器掉落到硬质表面上时。如果发生此种情况，存储在MCU中的数据可能无法正确恢复。为避免电池意外脱离，用户可考虑采用后备电池电路。后备电池电路能向应答器暂时提供VDD电压。建议在精密应答器中采用这种电路，但并不是所有应用都必须采用它。在图2中，D4和C1构成了电池后备电路。当电池连接时，C1被完全充电，当电池短暂断开时，C1提供VDD电压。

        当应答器处于无电池运行时称为无电池模式。在图2中，二极管D1、D2、D3和C1构成无电池模式的电源电路。当应答器线圈产生电压时，线圈电流流过二极管D1和D2为C1充电，C1可为应答器提供VDD电压。当PIC16F639用于需要无电池运行的防碰撞应答器应用中时，这种电源电路很有用。根据不同应用，无电池模式下C1电容值从几微法到几法不等。
 

图6：在基站电路中，电流驱动器U1放大来自MCU的125 kHz方波脉冲的功率。U1的方波脉冲输出通过由L1、C2、C3和C4组成的LC串联谐振电路后变成正弦波。

应答器电路

        应答器电路具有三个外部LC谐振电路、五个按钮开关、一个用于UHF数据发送的433.92MHz谐振器和几个用于后备电池模式的元件。

        每个LC谐振电路都连接到LC输入和LCCOM引脚。空芯天线连接到LCX输入，两个铁氧体磁棒电感连接到LCY和LCZ引脚。LCCOM引脚为三个天线连接的公共引脚，通过C11和R9接地。每个谐振天线必须调谐到基站单元的载波频率，以达到最佳信号接收状态(图5)。可利用每个通道的内部电容将天线调谐到最佳状态。

        器件初始上电时，数字部分利用SPI(CS、SCLK/ALERT和SDIO)对AFE配置寄存器进行编程。由于AFE输入灵敏度高(约3mV峰峰值)，AFE对环境噪声非常敏感，所以必须采取措施避免沿PCB走线上产生过多交流噪声。在VDD和VDDT引脚分别使用电容C6和C12滤除噪声。

        二极管D1和D2及电容C5用于电池后备模式，二极管D2、D3和D7及电容C5用于无电池模式。为使无电池模式稳定运行，需要较大的C5容值。电容C5通过二极管D3和D7保存来自电池和线圈电压的电荷。当电池暂时断开时，C5储存的电荷可维持PIC16F639器件的供电。二极管D3和D7穿过空芯线圈相互连接，在三个外部LC谐振天线中产生强大的线圈电压。

        一旦检测到有效输入信号，数字MCU部分即被唤醒，如果命令信号有效，则发出一个响应。

        应答器可使用内部调制器(LF对讲)或外部UHF发送器发出响应。每个模拟输入通道在输入和LCCOM引脚间有一个内部调制器(晶体管)。如果AFE从数字MCU部分接收到箝位或断开箝位的命令，内部调制器就会分别导通和关断。天线电压分别根据箝位或断开箝位命令进行箝位和断开箝位，这称为LF对讲。LF对讲只在近距离应用中使用。基站可以检测应答器天线电压的变化并重建调制数据。

        在长距离应用中，应答器采用UHF发送器。由UHF(433.92 MHz)谐振器U2和功率放大器Q1构成一个用按键通断的UHF发送器。电容C2和C3的容量都在约20pF的范围内，具体取决于线路布局。一般由印刷电路板的金属走线而形成的L1是一个UHF天线，增大其环路面积后效率将显著提高。

        当MCU I/O引脚输出逻辑高电平时，UHF发送器部分导通，否则关闭。RC5输出为UHF信号的调制数据，可由基站的UHF接收器重建。

基站电路

        基站单元包括一个MCU、125kHz的发送器/接收器和一个UHF接收器模块。基站发出125kHz的低频命令信号，并通过UHF和LF接收来自应答器的响应。发出LF命令后，基站通过LF或UHF链路检查是否有响应。

        125kHz发送器产生一个基于MCU的脉宽调制器(PWM)输出的载波信号。电流驱动器U1放大来自MCU的125kHz方波脉冲的功率。U1的方波脉冲输出通过由L1、C2、C3和C4组成的LC串联谐振电路后变成正弦波。L1为用于125kHz LF天线的空芯电感(图6)。

        当LC串联谐振电路调谐到PWM信号的频率时，天线辐射最强。在谐振频率处，LC电路阻抗最小，这使得L1负载电流最大，从而产生很强的电磁场。用户可通过监视L1上的线圈电压调谐LC电路。二极管D1后的各个元件用来接收来自应答器的LF对讲信号。当应答器以LF对讲作出响应后，L1上的线圈电压会由于应答器线圈电压产生的磁场而改变。由于应答器线圈电压最初是由基站天线(L1)产生的，所以响应电压与初始电压的相位相差180o。因此，在给定条件下，L1上的电压将随着应答器的线圈电压变化。

        可通过包络检波器和由D1和C5构成的低通滤波器检测L1上线圈电压的变化。检测到的包络信号通过有源增益滤波器U2A和U2B。经过解调的模拟输出被馈送到MCU的比较器输入引脚，以进行脉冲整形。比较器输出可在TP6上得到，并由MCU解码。