关于无线射频读卡器的设计和应用

互推小编 2023-05-21

现在我们在超市购物付款时候只要一个识别器就可以很快知道价格，不再是以前的一个算盘或者计算器，加快了付款速度，很好地方便了顾客。无线射频识别（RFID）技术是一种自动识别技术。每一个目标对象在射频读卡器中对应唯一的电子识别码（UID），或者"电子标签"。标签附着在物体上标识目标对象，如纸箱、货盘或包装箱等。射频读卡器（应答器）从电子标签上读取识别码。

基本的RFID系统由三部分组成：天线或线圈、带RFID解码器的收发器和RFID电子标签（每个标签具有唯一的电子识别码）。表1显示了常用的四个RFID频率及其潜在的应用领域。其中，目前商业上应用最广的是超高频（UHF），它在供应链管理中有可能得到广泛的应用。

EPC电子标签EPC表示电子产品代码，是RFID电子标签的标准，它包括电子标签的数据内容和无线通信协议。EPC标准将条形码规范中的数据信息标准与ANSI或其他标准化组织（802.11b）制定的无线数据通信标准结合在一起。目前应用在供应链管理中的EPC标准，属于第二代EPC Class-1标准。

Class-1标签在出厂时已经被写入，但也是可以现场下载。通常情况下，一旦标签已被写入，内存即被锁定不可再次写入信息。Class-1标签采用常规的分组传输协议—读卡器发送包含相关命令和数据的数据包，标签随后做出响应。

恶劣的读卡器应用环境

RFID的应用环境可能非常恶劣。信道的工作频率是免许可的工业、科技与医药（ISM）频带。此频带中的RFID读卡器受到来自无绳电话、无线耳麦、无线数据网络以及其他临近读卡器的干扰。必须将每一读卡器的RF接收器前端设计为能够抵御强干扰信号，避免产生可导致询问错误的失真。接收器的噪声必须保持在较低的水平，以便具备足够的动态范围，从而以无错方式检测出低电平标签响应信号。

图1中所示的读卡器RF射频收发器，是一个成熟的设计，能够在存在大量干扰源的恶劣环境中稳定地工作。发射器和接收器都带有一个高动态范围直接转换调制器和解调器，因此最大限度地提高了稳定性并降低了成本。

实用和可靠的射频接收器设计接收器的核心是Linear公司的LT5516，这是一种高度集成化的直接转换正交解调器，芯片上提供了一个精确正交移相器（0度至90度）。来自天线的信号在通过射频滤波器之后，通过一个不平衡变压器直接输入到解调器输入端口。由于LT5516的噪声系数很低，在不需要低噪放大器（LNA）的情况下，仍能保持其21.5dBm IIP3和9.7dB P1dB的性能。

在接收数据时，读卡器发射连续载波（未调制），以便为标签提供电源。在收到请求后，电子标签通过对载波进行调幅，响应一个码流。所采用的调制方式为幅移键控（ASK）或者反相-幅移键控键控（PR-ASK）。解调器带有两个正交移相检出式输出端口，因此具备天然的分集接收功能。如果由于多路或相位取消导致某个通道无法接收信号，另一条通道（移相90度）就可接收较强的信号，反之亦然。这样，整体接收可靠性就得以提高。

一旦解调完成，即可将I（相内）和Q（正交相位）差分输出信号以AC方式耦合至一个运算放大器（被配置为一个差分放大器），随后被转换为单端输出信号。这个时候应将高通角频率设置为5KHz，低于接收数据流的最小信号频率，高于最大多普勒频率（可能被运动标签采用），同时保持高于电力线频率（60Hz）。这样，输出信号就能利用被配置为四阶低通的LT1568顺利穿过低通滤波器。低通角频率应被设置为5MHz，以便最大码流信号穿过滤波器，达到基带。

基带信号然后被一个双路低功耗模数转换器（LTC2291，分辨率为12位）进行数字化处理。由于标签码流的带宽为5KHz至5MHz，LTC2291能够以25MSps的速率进行充分的采样，从而精确地捕获解调信号。在需要的时候，还可在基带DSP中实现额外的数字滤波。这样，接收器就能具备最大的逻辑阈值设置灵活性，该设置可由基带处理器以数字化方式执行。

基带任务和数字化射频信道化处理，可提高用全FPGA解决方案实现的吸引力和集成度。

高动态范围射频发射器设计发射器集成了一个镜像抑制直接转换式调制器。LT5568具备很高的线性度和较低的背景噪声，因此能够为所发射的信号提供出色的动态范围性能。调制器能够从数模转换器（DAC）接收正交式基带I和Q信号，然后直接调制至900MHz发射频率。

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