RFID 手持機(jī)在交通運(yùn)輸,、門(mén)禁、物流,、考勤,、貨物管理、身份識(shí)別等方面有著十分廣泛的應(yīng)用,。RFID 手持設(shè)備對(duì)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(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性好,、效率高、雜散小的電源對(duì)于RFID 手持機(jī)有著十分重要的意義,。
　　
　　1 RFID 手持機(jī)硬件結(jié)構(gòu)
　　
　　在基于嵌入式系統(tǒng)的RFID 手持機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，以微處理器LPC2142 為主控制器，根據(jù)系統(tǒng)的需求外擴(kuò)了SRAM,、Flash,、SD 卡、鍵盤(pán),、LCD 顯示,、聲響提示進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、人機(jī)交互以及出錯(cuò)報(bào)警提示,，通過(guò)USB 接口可以與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，背光模塊可以為L(zhǎng)CD 和鍵盤(pán)提供背光,，電壓檢測(cè)模塊通過(guò)核心處理器的A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電池電壓的檢測(cè),，從而間接檢測(cè)出電池的剩余電量，RF 模塊能夠進(jìn)行讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間射頻信號(hào)的收發(fā),，通過(guò)JTAG 接口可以進(jìn)行程序的調(diào)試與下載,。電源部分可以為系統(tǒng)中需要電源的各個(gè)模塊提供電源，這是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容,。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示,。

　　2 需求電源的指標(biāo)

　　經(jīng)設(shè)計(jì)并計(jì)算,，該系統(tǒng)需要兩種電壓的電源，一路是3. 3 V 的,，為鍵盤(pán),、LCD 復(fù)位電路、所外擴(kuò)的存儲(chǔ)器,、RF 模塊供電,； 另一路是5 V 的，為系統(tǒng)的聲響提示電路以及鍵盤(pán)和LCD 的背光電路提供電源,。為方便攜帶,，系統(tǒng)采用電池供電，欲達(dá)到性能指標(biāo)如下：

　?。?nbsp;1） 電源轉(zhuǎn)化效率≥80 %;
　?。?nbsp;2） 輸出電流要求： 3. 3 V 輸出電流500 mA; 5 V輸出電流300 mA;
　　（ 3） 兩路電源電壓的波動(dòng)均控制在± 5 %以?xún)?nèi),；
　?。?nbsp;4） 可以通過(guò)USB 輸入對(duì)電池進(jìn)行充電。
　　
　　3 各種電源芯片的特點(diǎn)及選型注意事項(xiàng)

　　3. 1 各種電源芯片 
 
　　3. 2 選型注意事項(xiàng) 
 
　　首先,，必須要正確選擇電源芯片類(lèi)型,。要明確輸入電壓和所需要的輸出電壓，進(jìn)而確定是升壓,、降壓還是升/降壓。特別要注意的是,，普通線(xiàn)性穩(wěn)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(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)的原因是，一些芯片（ LDO 或者降壓型DC-DC） 的手冊(cè)給出的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍都很寬,，很容易誤導(dǎo)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者,。手冊(cè)中的輸出電壓范圍，很多都是針對(duì)給出的輸入電壓范圍的,，對(duì)于特定的輸入電壓,，在很多情況下，實(shí)際的輸出是達(dá)不到給出的輸出電壓的,。這一點(diǎn)十分關(guān)鍵,，決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，應(yīng)引起高度重視,。

　　其次,，手持設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中,，要注意芯片的靜態(tài)電流，這一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間影響很大,，好的電源芯片的靜態(tài)電流在μA 級(jí),，較差的芯片在mA 級(jí)，相差上千倍,，靜態(tài)電流越小,，電池的電能耗散就越少，壽命就越長(zhǎng),。

　　再次,，注意要從實(shí)際的負(fù)載來(lái)考察效率。電源效率與輸出電流是密切相關(guān)的,，當(dāng)輸出電流很小或很大時(shí),，效率都會(huì)變得較差，需要根據(jù)需要的電流來(lái)選擇電源芯片,，以達(dá)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. 3 V 輸出采用LDO，5V 輸出采用電荷泵,。

　　方案2: 3. 3 V 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. 2 V（ 4. 2 V 是滿(mǎn)充可以達(dá)到的電壓） 之間都應(yīng)該有正常的電源輸出電壓,，如果采用3. 3 V 輸出的LDO，由于要滿(mǎn)足輸入輸出的最小壓差的要求,，當(dāng)電池電壓降到3. 4 V 左右時(shí),，電源可能達(dá)不到輸出3. 3 V 電壓了。采用電荷泵輸出5 V,，當(dāng)輸入輸出電壓比較接近時(shí)電荷泵的效率不會(huì)很高,。采用第二種方案可以最大限度地提高電源轉(zhuǎn)化效率，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)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(guò)查詢(xún),，決定采用TI 的兩個(gè)芯片TPS63031 和TPS61240 分別作為3. 3 V 輸出和5 V 輸出的電壓轉(zhuǎn)換芯片,，TPS63031 在輸入電壓在2. 4 ～ 5. 5 V 范圍內(nèi)，通過(guò)升壓或者降壓工作模式輸出高達(dá)800 mA 的電流,，在節(jié)能模式下,，當(dāng)輸出電流在100 ～ 500 mA 之間變化時(shí)，效率均在80 % 以上,。TPS61240 是可以工作在3. 5 MHz 的升壓DC-DC,，輸出電流可以達(dá)到450mA,，具有PFM/PWM 工作模式，當(dāng)負(fù)載電流在200 mA左右時(shí),，可以在電池的電壓范圍內(nèi)提供80 %以上的效率,。

　　由于微處理器對(duì)電源紋波要求較高，所以在3. 3V 輸出的后邊增加了一個(gè)LDO,，以濾除DC-DC 輸出較大的紋波,，提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度。由于要滿(mǎn)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. 2 V 電壓，最大可以輸出150 mA 的電流,，這個(gè)電壓滿(mǎn)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(tài)電流僅為500 nA,，這正符合電池供電的手持系統(tǒng)節(jié)能的要求,。

　　5  調(diào)試
　
　　5. 1 調(diào)試步驟
　　按照原理圖上的參數(shù)在印制電路板上焊接好元器件之后，仔細(xì)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(wàn)用表仔細(xì)檢測(cè)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(yīng)該存在的短路現(xiàn)象,。