RFID讀卡器射頻電路的研制

1、Word文檔RFID讀卡器射頻電路的研制讀卡器與處理單元 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即RadioFrequencyIdentification)是一種基于雷達(dá)技術(shù)進(jìn)展而來的識(shí)別技術(shù)。文章論述了如何研制了RFID讀卡器射頻電路的相關(guān)信息，包括零中頻解調(diào)技術(shù)、載波電路、信號(hào)調(diào)制電路及射頻功率放大電路，并給出射頻電路模塊結(jié)構(gòu)的方案，這對簡化傳統(tǒng)的射頻電路，推廣射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化和交通掌握等眾多領(lǐng)域有重要意義。 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即RadioFrequencyIdentification)是一種基于雷達(dá)技術(shù)進(jìn)展而來的識(shí)別技術(shù)，其主要原理是通過無線電磁波進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信從而獵

2、取相關(guān)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別，RFID技術(shù)是微波技術(shù)、密碼學(xué)以及無線通信原理等眾多學(xué)科學(xué)問交叉的新興產(chǎn)物，其應(yīng)用領(lǐng)域掩蓋了高速大路收費(fèi)管理、鐵路物流運(yùn)輸掌握管理及工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。RFID系統(tǒng)根據(jù)工作頻段可以劃分為低頻(135kHz以下)、高頻8197；(13.56MHz)、超高頻8197；(860930MHz)和微波8197；(2.4GHz以上)等幾類。射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)、天線和閱讀器組成。 一、讀卡器 讀卡器一般由射頻信號(hào)處理模塊、基帶信號(hào)處理模塊、掌握單元以及和外部設(shè)備連接的接口模塊等組成。射頻信號(hào)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)三大功能：一是通過天線放射足夠功率的射頻電磁波，以

3、激發(fā)電子標(biāo)簽并為其供應(yīng)能量；二是對放射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)制的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電磁波傳送給標(biāo)簽；三是接收并解調(diào)來自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)。為了處理往來于應(yīng)答器的兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)流，射頻信號(hào)處理模塊有兩個(gè)不同的信號(hào)通道，傳送到電子標(biāo)簽中去的數(shù)據(jù)通過放射電路分支，而來自于電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通過接收電路分支處理。 掌握單元的主要功能：與上層應(yīng)用軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)來的命令；掌握與電子標(biāo)簽的通信過程；信號(hào)的編碼與解碼。對于某些特定系統(tǒng)還有以下的附加功能：執(zhí)行防碰撞算法；對電子標(biāo)簽與讀卡器之間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；進(jìn)行電子標(biāo)簽和讀卡器之間雙向的身份驗(yàn)證。 二、射頻信號(hào)處理單元電路 讀卡器的放射

4、信號(hào)功率遠(yuǎn)大于電子標(biāo)簽反向散射回來的信號(hào)，而且與接收信號(hào)同頻率，這樣假如大功率的反射信號(hào)漏泄到接收電路就會(huì)使接收電路各個(gè)部分的器件飽和，導(dǎo)致讀卡器對接收信號(hào)無法解調(diào)，因此射頻信號(hào)處理模塊的技術(shù)指標(biāo)好壞會(huì)直接影響到RFID系統(tǒng)的質(zhì)量水平。射頻信號(hào)處理模塊一般包括兩大單元：一是基帶信號(hào)調(diào)制放射模塊電路，它由鎖相環(huán)電路、混頻調(diào)制電路、濾波電路、功率放大電路等幾部分組成；二是射頻信號(hào)解調(diào)接收處理電路，它由差分放大電路，零中頻解調(diào)電路以及相應(yīng)的濾波電路構(gòu)成。 (一)零中頻信號(hào)接收處理電路 射頻信號(hào)接收處理電路可以超外差電路和零中頻接收電路等等。由于零中頻檢測接收機(jī)具有實(shí)現(xiàn)簡潔，成本低的優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)優(yōu)勢表

5、現(xiàn)在：頻率變換關(guān)系簡潔，非線性變換重量更少；可以避開使用中頻SAW濾波器；不需要中頻放大器，電路結(jié)構(gòu)更簡潔，性價(jià)比更高。 如前所述，電子標(biāo)簽放射回來的信號(hào)的調(diào)制為振幅鍵控調(diào)制8197(ASK)方式，并且與閱讀器放射信號(hào)的載波同頻，RFID系統(tǒng)中采納四通道零中頻解調(diào)電路，來自移相電路中四個(gè)檢測點(diǎn)的信號(hào)均包含閱讀器的放射信號(hào)和接收到的標(biāo)簽散射回來的信號(hào)，它們經(jīng)過二極管混頻處理后，利用低通濾波器將高頻成分濾除掉，將分別得到攜帶標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息和閱讀器天線與標(biāo)簽距離(反映在收發(fā)信號(hào)的相位差上)的信號(hào)，其中A、C兩點(diǎn)得到的信號(hào)在相位上將相差，B、D的狀況也是如此；將它們分別饋入差分放大器D1和D2放大后，得

6、到兩路輸出信號(hào)，它們的振幅反映了標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息，且相位上相差90，即它們是正交的。信號(hào)再分別經(jīng)過差分放大器D3和D4進(jìn)行放大，然后通過比較電路，最終得到TTL電平的IQ信號(hào)送入基帶電路進(jìn)行處理。由于I和Q這兩路信號(hào)是正交的，且只跟閱讀器天線和標(biāo)簽之間的距離(依據(jù)電磁波的基本學(xué)問，其表現(xiàn)為收發(fā)信號(hào)之間的相位差)有關(guān)，這就是說，當(dāng)標(biāo)簽位于閱讀器天線所放射電磁波掩蓋的區(qū)域內(nèi)，在每一個(gè)確定的時(shí)間里，這兩路信號(hào)不但是唯一確定的，而且更重要的是它們相位的正交保證了這兩路信號(hào)不行能同時(shí)為零，這就確保了電路對電子標(biāo)簽散射信號(hào)的有效捕獲。 調(diào)制放射模塊電路 (二)調(diào)制放射模塊電路 調(diào)制放射電路由三部分構(gòu)成：載波

7、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)調(diào)制電路和射頻功率放大電路等。 1.載波發(fā)生電路。為一個(gè)載波發(fā)生電路。其中PLL400-915A是鎖相環(huán)路頻率合成器，它具有良好的窄帶濾波特性和良好的相位噪聲指標(biāo)，同時(shí)它還具有輸出頻率純度高和頻率輸出可控等特點(diǎn)該芯片可由MCU通過程序進(jìn)行掌握，輸出信號(hào)的頻率可在902MHz928MHz之間變換，步進(jìn)頻率為200kHz，該特性可以便利用戶實(shí)現(xiàn)廣譜跳頻，提高系統(tǒng)抗干擾力量。電路中TCX0是溫度補(bǔ)償晶振，它供應(yīng)穩(wěn)定、低相位噪聲的12.8MHz作為頻率合成器的參考頻率。本振信號(hào)輸出端所接SF2049E為帶通濾波器，以濾除輸出載波信號(hào)的高次諧波，降低系統(tǒng)的噪聲。 2.信號(hào)調(diào)制電路。依照

8、RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，放射信號(hào)采納ASK調(diào)制。電路采納低噪聲射頻放大器芯片RF2361作為射頻功放的前置驅(qū)動(dòng)。RF2361具有低噪聲，高截獲點(diǎn)，放大使能可控。通過調(diào)整掌握端電壓VPD，其增益可從20dB快速降到0dB，即通過電壓掌握使它在關(guān)閉狀態(tài)與工作狀態(tài)之間快速地切換，從而實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制，而且能夠達(dá)到特別深的調(diào)制深度。這樣，編碼信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路與非門芯片TC7S00達(dá)到對VPD的掌握，從而利用對載波的放大掌握實(shí)現(xiàn)了編碼信號(hào)對載波的ASK調(diào)制。 3.射頻功率放大電路。射頻功率放大器是無線放射機(jī)主要組成部分，為了有效地將調(diào)制信號(hào)通過天線以電磁波的形式輻射出，射頻信號(hào)必需獲得足夠大的射頻輸出功率，所以

9、在信號(hào)被送入天線前必需采納射頻功率放大器進(jìn)行放大，射頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。 射頻功率放大器的重要指標(biāo)為： (1)集電極效率c為輸出功率pout與電源供應(yīng)功率pdc之比，即c=pout/pdc； (2)功率增加效率8197；(PAE，PowerAddedEfficiency)為輸出功率pout與輸入功率pin的差與電源供應(yīng)功率pdc之比。 (3)射頻功率放大器線性度指標(biāo)有三階互調(diào)截點(diǎn)(IP3)、1dB壓縮點(diǎn)、諧波、鄰道功率比等。鄰道功率比衡量由放大器的非線性引起的頻譜再生對鄰道的干擾程度。 (4)雜散輸出與噪聲。 在放射系統(tǒng)中，射頻末級(jí)功率放大器輸出功率的范圍可小至毫瓦級(jí)(便攜式移動(dòng)通信設(shè)備)、大至數(shù)千瓦級(jí)(放射廣播電臺(tái))。為了要實(shí)現(xiàn)大功率輸出，末級(jí)功率放大器的前置放大電路必需要有足夠高的激勵(lì)功率電平。依據(jù)工作頻率和輸出功率等要求，可以采納FET、射頻功率集成電路等作為射頻功率放大器。本系統(tǒng)采納了日立公司的功率放大芯片PF01411A來實(shí)現(xiàn)完成該任務(wù)，PF01411A具有線性失真小，輸入功率要求低(0dBm即可)，增益掌握范圍可達(dá)90d