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上文《牽手軟件部門，林助理徹底明白了IAP和ISP的區(qū)別》講到，華容第二次與軟件部門合作，在項(xiàng)目《基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的終端設(shè)備在線升級(jí)》中負(fù)責(zé)客戶端程序的編寫，走訪了兩個(gè)部門，疑惑一一排除，方案隨之確定下來，接下要做的就是網(wǎng)卡程序的改寫和MCU程序的編寫和調(diào)試...
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工作的日子，就是面對(duì)一個(gè)又一個(gè)的新問題，而工程師的職責(zé)，則是一個(gè)接著一個(gè)地解決問題。
正如當(dāng)初所料，本次與軟件部的合作是極為順利的，在線升級(jí)的問題完美解決，為此華容獎(jiǎng)勵(lì)自己半天時(shí)間，用來整理和匯總與本項(xiàng)目的相關(guān)文檔，然后進(jìn)入到收官的環(huán)節(jié)，也是本次升級(jí)要解決的最后一個(gè)問題—提高RFID讀頭的讀寫距離。
讀頭的芯片是FM1702SL，而不是原來常見的RC500，這一點(diǎn)，在接手項(xiàng)目之初，華容就注意到了，所以查閱了相關(guān)的資料，對(duì)比、歸納了一下二者的優(yōu)缺點(diǎn)：
1、在性能方面，二者相近，RC500更勝一籌；
2、在價(jià)格方面，前者具有很大的優(yōu)勢(shì)，幾乎不到后者的2/3；
3、在硬件電路設(shè)計(jì)方面，前者的接口是SPI，因此封裝也精簡(jiǎn)了，管腳只有24個(gè)，除了與MCU的接口有所差異外，其他外圍電路的設(shè)計(jì)幾乎與RC500是相同的，但體積小、布線也變得簡(jiǎn)單了；
4、在軟件程序設(shè)計(jì)方面，同樣支持ISO/IE14443TYPE A協(xié)議，在認(rèn)證和加密方面，二者功能完全相同。
基于上述的優(yōu)點(diǎn)，使得FM1702SL在讀頭設(shè)計(jì)方面非常受歡迎。
華容再次審視眼前的讀頭，該讀頭是相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)模塊，通過排線與PAD的主板連接。讀頭中心偏下的部分是IC電路，元件相對(duì)密集，外圍則是由4圈半的環(huán)形布線構(gòu)成的電感，布線是與板子的邊緣平行的，就此構(gòu)成LC諧振電路，而且是數(shù)據(jù)手冊(cè)中推薦的雙回路結(jié)構(gòu)，這種方式的電路設(shè)計(jì)是RC500的經(jīng)典設(shè)計(jì)之一，也是精華之一。那么提高讀寫距離的唯一辦法就是調(diào)整讀頭天線電路相關(guān)元器件的參數(shù)。
接觸過射頻電路的人都知道這一點(diǎn)：天線電路屬于射頻前端，其作用是射頻（無線）信號(hào)發(fā)送和接收的通道，因此本質(zhì)來說，天線是一種能量轉(zhuǎn)化裝置—將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波的裝置，而且這種轉(zhuǎn)換是可逆的。既然是能量轉(zhuǎn)化裝置，那么就涉及到轉(zhuǎn)化效率的問題，天線電路設(shè)計(jì)得優(yōu)與劣，將直接影響到產(chǎn)品的性能，所以射頻產(chǎn)品電路的成敗，很大程度上取決于天線電路的設(shè)計(jì)。
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天線電路的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于天線形狀的設(shè)計(jì)，天線形狀的設(shè)計(jì)又是非常靈活多變的，工程師可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力來完成自己的作品，雖然說在形狀設(shè)計(jì)方面是允許創(chuàng)意無限，但產(chǎn)品畢竟不是藝術(shù)品，在外觀上必須要考慮安裝的位置、實(shí)際空間的限制等需求。除此之外，就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)，在天線電路的設(shè)計(jì)方面可以遵循如下的規(guī)則：
1、天線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
天線展開的長(zhǎng)度與信號(hào)的頻率有關(guān)系的，天線的長(zhǎng)短和波長(zhǎng)成正比，所以和頻率成反比，頻率越高，波長(zhǎng)越短，天線也就可以做得越短。但天線的長(zhǎng)度并不等于一個(gè)波長(zhǎng)，往往是1/4波長(zhǎng)，因此，有經(jīng)驗(yàn)的工程師只要瞄一眼天線的形狀和布線，便可以判斷出其工作的頻段范圍。
2、諧振頻率
天線電路的諧振頻率，最理想的情況下是等于發(fā)送或接收信號(hào)的頻率，此時(shí)電路將產(chǎn)生諧振，天線的兩端將獲取最大的電壓或者電流，反之效果會(huì)很差，甚至是天壤之別。
3、天線電路的Q值
Q值，即品質(zhì)因數(shù)，用于描述回路的質(zhì)量，該值的大小僅僅與電路本身的參數(shù)有關(guān)系，即Q=電感電容等儲(chǔ)能器件攜帶的能量÷電阻的損耗功率。
那么Q值的指導(dǎo)意義是什么呢？
對(duì)于電感器來說，Q值越高，其損耗越小，效率越高；
對(duì)于諧振回路來說，Q值越大，通頻帶越窄，電路對(duì)于信號(hào)頻率的選擇性越高；反過來，Q值越小，通頻帶越寬，電路對(duì)于信號(hào)頻率的選擇性要求越低。
掌握了天線電路的工作原理，那么提高距離的問題也就迎刃而解了。
華容從抽屜里取出來自制的一塊電路板：13.56MHz天線場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)卡，該檢測(cè)卡依照電感耦合原理制作而成的，參數(shù)經(jīng)過準(zhǔn)確的調(diào)試，中心頻率13.56MHz，偏差可以忽略不計(jì)。將卡片上的兩條引線分別連接萬用表的表筆，接著選擇檔位為直流電壓最大量程，然后將檢測(cè)卡放在讀頭的上方，開啟PDA的讀卡功能，此時(shí)萬用表的示數(shù)僅為6V左右。
“電壓太低了，一定是電容參數(shù)不匹配?！比A容給出了初步的結(jié)論，同時(shí)一塊石頭落地，對(duì)于這個(gè)電路來說，調(diào)整電容參數(shù)是最直接而且是最有效的手段。
想了想現(xiàn)在的情況，她放下手里的活兒，拿起玻璃茶，重新泡上一壺茶，當(dāng)泛起茶香的時(shí)候，端著茶壺，來到了燕飛的工作臺(tái)前。
“燕總，剛泡好的茶，來一杯，怎么樣？”
“說吧，什么事情？”燕飛沒有抬頭，漫不經(jīng)心地反問，同時(shí)將手里的杯子遞了過來。
“沒事兒就不能請(qǐng)您喝茶嗎？”華容撇撇嘴，說著接過杯子，倒了8分的茶水，然后遞給燕飛。
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燕飛抬起來，摘下眼鏡，然后接過杯子，將椅子轉(zhuǎn)了180度，用另一只手示意華容也坐下來，“你的狀態(tài)像是沒事兒?jiǎn)?？前些日子，忙得昏天黑地，連個(gè)人影兒都抓不到，現(xiàn)在請(qǐng)我喝茶，聊聊吧，升級(jí)遇到問題了？”
華容把茶壺放在桌子上，拉過椅子，坐在對(duì)面，然后回答：“升級(jí)沒有問題，進(jìn)展順利。”
“呼~呼~，” 燕飛向杯子吹著氣，呷了一口茶，然后接著問：“是嗎？在線升級(jí)的功能，你花了多長(zhǎng)時(shí)間？”
“一周半?！?/p>
“一周半的時(shí)間？速度夠快的?！弊詥栕源鹬?，放下杯子，抬起頭接著發(fā)問：“性能如何？進(jìn)行批量測(cè)試了嗎？”
“生產(chǎn)部在進(jìn)行批量測(cè)試，測(cè)量近一周了，性能穩(wěn)定?！?/p>
“聽起來不錯(cuò)嘛！”，說著，用右手的手指輪流地有節(jié)奏地輕敲桌面，這是他在思考時(shí)的習(xí)慣性動(dòng)作。
“這不是您指導(dǎo)有方嗎？”華容笑著回答。
“打住，別貧嘴了，在線升級(jí)那么麻煩的事情，也不見你來找我，現(xiàn)在結(jié)束了，反而過來，有什么事情就直接說吧?！毖囡w點(diǎn)破了華容的心思。
“服了U，真是洞察秋毫”，華容收斂了笑容，一邊向杯子里續(xù)茶，一邊解釋：“現(xiàn)在調(diào)試RFID的讀寫距離，打算參考一下原來RC500的天線電路的參數(shù)，順便借用一些電容，我手里的電容數(shù)量少，而且規(guī)格少”。
“電容我這里有些，一會(huì)兒你可以自己挑選?！?停了一下，接著補(bǔ)充：“你來調(diào)試這個(gè)電路，應(yīng)該沒有問題，不過你一個(gè)人就夠了，不要讓別人插手”。
華容不解，“不要讓別人插手……？您指的是小林嗎？”
“除了他，你還有別的助手嗎？”反問的答案是肯定。
“為什么？”華容疑惑了。
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“別問那么多了，聽人勸吃飽飯，這個(gè)道理你不會(huì)不懂吧，有些事情的答案，以后你也許會(huì)知道的?！毖囡w面色平和，但目光卻是深不可測(cè)。
華容的反應(yīng)仍然是不明就里，燕飛接著補(bǔ)充了一句貌似不相干的話：“你記住一點(diǎn)，現(xiàn)在的SD公司，真正懂得RFID的人，只有兩個(gè)半人，你我，還有那半個(gè)人是岳海。”
“哦，這樣啊?！比A容似乎明白了燕飛的暗示，對(duì)于某些神秘的東西，只能掌握在少數(shù)人的手里。
回到座位上，華容將“借來”電容，全部擺放在桌面上，由于沒有器件盒，因此按照封裝帶上的標(biāo)記，將電容從小到大，依次排列。
對(duì)比了一下RC500的天線板，眼前的讀頭天線，從外形尺寸上看，在長(zhǎng)度方面至少縮小了1.5cm，而在寬度縮小得更多，形狀由原來的接近正方形變成了扁平的矩形，但天線的匝數(shù)、密度和布線的寬度幾乎是相同。再查看一下諧振電路的電容，從外觀上看，估計(jì)是參數(shù)沒有改變。
“電感小了，電容沒有變，因此工作頻率偏高，那么諧振電壓勢(shì)必大打折扣，甚至不能產(chǎn)生諧振，更加談不上Q值的影響了?！比A容思索著，順手拿起兩個(gè)10P的電容，分別并聯(lián)到板子上的兩個(gè)電容上面，然后重復(fù)測(cè)試檢測(cè)板的輸出電壓，示數(shù)升高了近1.0V。
結(jié)果驗(yàn)證了華容的推測(cè)，接著用同樣的方法，繼續(xù)調(diào)試電路。電容的參數(shù)每次增加10P，當(dāng)接近峰值的時(shí)候，將增加的電容參數(shù)減小，確?？梢詸z測(cè)到峰值。當(dāng)檢測(cè)到峰值的時(shí)候，取下來所有的電容，包括原來的電容，然后用電橋進(jìn)行精確測(cè)量，并將測(cè)量的結(jié)果記錄下來?；氐阶簧?，在所有的電容中，選取與測(cè)量結(jié)果最接近的單個(gè)電容，接下來，將選取的樣品焊接到電路板的指定位置，再次進(jìn)行電壓的測(cè)量，驗(yàn)證其示數(shù)是否接近峰值。
經(jīng)過幾輪的測(cè)試，華容確定了與本讀頭匹配的電容參數(shù)，在指定的電容上分別并聯(lián)一個(gè)56P的電容即可。這個(gè)調(diào)試的過程雖然有些繁瑣，但原理卻只是最簡(jiǎn)單的LC諧振。
確定了參數(shù)之后，華容對(duì)調(diào)整后的電路性能進(jìn)行了終極測(cè)試，即用煙草局專用的幣形卡進(jìn)行讀寫驗(yàn)證。事實(shí)證明，組裝完畢的整機(jī)，讀寫距離由原來的1cm，提升到了3cm；在讀頭未裝機(jī)的情況下，讀寫距離提升到4.5cm。接著，用標(biāo)準(zhǔn)卡進(jìn)行同樣的測(cè)試，讀寫的距離是提升到了6.5cm。
有了準(zhǔn)確的參數(shù)和事實(shí)的驗(yàn)證，華容心里有了定數(shù)，告知生產(chǎn)部的柳茜茜，進(jìn)行如法炮制，改善讀頭的讀寫距離問題。
于是在眾人的一片詫異中，本輪的PDA及相關(guān)功能的升級(jí)正式落幕。
事后，小林單獨(dú)找過華容，請(qǐng)教關(guān)于射頻卡讀寫距離的問題，由于燕飛告誡在先，所以華容不便言明，但終究是有些不忍心，于是拿給他一本關(guān)于射頻識(shí)別的書籍，其中的奧秘，讓他自己去領(lǐng)悟。
與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，謝絕轉(zhuǎn)載！
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本系列為付麗華老師原創(chuàng)故事《51的江湖》連載，故事中有職場(chǎng)，故事中還有技術(shù)，最真實(shí)的項(xiàng)目案例與大家一起探討。每周一期，更多內(nèi)容請(qǐng)查看：
