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用于軟件定義UHF RFID 讀取器的可編程基頻濾波器
來源:RFID中國網
Philip Karantzalis
凌力爾特訊號處理產品應用工程師
摘要:  無線頻率識別(RFID)是一種自動 ID 技術,其可識別任何含有編碼卷標的物體,。UHFRFID 系統(tǒng)由一個讀取器 (或詢問器) 組成,,該讀取器調變一個860MHz 至 960MHz 頻率范圍內的 RF 訊號,并向卷標發(fā)送信息,。一般情況下,,卷標是被動的,它從發(fā)送連續(xù)波(CW) RF訊號的讀取器接收工作所需的全部能量,。卷標透過調變其天線的反射系數(shù)作出響應,,從而將信息訊號反向散射到讀取器內。
Abstract:
Key words :

        引言
  無線頻率識別(RFID)是一種自動 ID 技術,,其可識別任何含有編碼卷標的物體,。UHFRFID 系統(tǒng)由一個讀取器 (或詢問器) 組成,該讀取器調變一個860MHz 至 960MHz 頻率范圍內的 RF 訊號,,并向卷標發(fā)送信息,。一般情況下,卷標是被動的,,它從發(fā)送連續(xù)波(CW) RF訊號的讀取器接收工作所需的全部能量,。卷標透過調變其天線的反射系數(shù)作出響應,從而將信息訊號反向散射到讀取器內,。
  卷標訊號檢測需要測量訊號躍變之間的時間間隔(代表數(shù)據(jù)“1”符號的時間間隔比代表數(shù)據(jù)“0”的符號長),。讀取器透過發(fā)送一個指示卷標設置其反向散射數(shù)據(jù)速率及編碼的訊號,以啟動卷標提供庫存信息的過程。
  RFID 讀取器可以在很多讀取器緊密相鄰的噪聲 RF 環(huán)境中工作,。單詢問器,、多詢問器和密集詢問器這3種工作模式決定讀取器和卷標訊號的頻譜限制。接收器的軟件可編程性,,使其可在可靠的多卷標檢測與高數(shù)據(jù)吞吐量之間獲得最佳平衡,。
  可編程讀取器含有一個高線性度的直接轉換 I 和 Q解調器、若干低噪聲放大器,、一個具可變增益和帶寬的雙信道基頻濾波器,、以及一個雙信道模擬數(shù)字轉換器(ADC)。雙通道,、已匹配和可編程的帶通濾波器 LTC6602可以優(yōu)化高效能 RFID 讀取器,。
  雙通道帶通濾波器
  LTC6602 具有兩個相同的濾波器信道,這兩個信道具有匹配的增益控制以及由頻率控制的低通及高通網絡,。透過每個信道的相移匹配至 ±1度,。內部或外部頻率頻率將濾波器的通帶定位到所需頻譜上。
  低通和高通轉角頻率以及濾波器帶寬由頻率頻率的標度比設定,。低通標度比選項為100,、300和600,而高通標度比為1000,、2000和6000,。圖一顯示一個典型的濾波器回應,該濾波器具90MHz內部頻率,,高通和低通標度比分別設定為6000和600,。4階橢圓截止阻帶響應有助于消除帶外噪聲??刂苹l帶寬就可以在RFID接收器適應工作環(huán)境的過程中,,用軟件定義它的工作模式。

                  圖 一 15kHz 至 150kHz 通帶上的濾波器回應
  一種因應 RFID 讀取器的自適應基頻濾波器
  圖二顯示了一個簡單和基于 LTC6602 的濾波器電路,,該電路用 SPI串行控制來改變?yōu)V波器的增益和帶寬,,以適應一套復雜的數(shù)據(jù)速率和編碼。(反向散射鏈路的頻率范圍為40kHz 至 640kHz,,而數(shù)據(jù)速率范圍為 5kbps 至640kbps,。)
 

                   圖 二 具 SPI 控制的自適應 RFID 基頻濾波器
 
 為了實現(xiàn)該濾波器的精細分辨率定位,內部頻率頻率由一個8位LTC2630 DAC設定,。0V至3V的DAC輸出范圍確定頻率頻率在 40MHz 至 100MHz(每位 234.4kHz) 之間的位置,。低通和高通標度比由 LTC6602 的串行 SPI 控制設定。
  高通濾波器的截止范圍為 6.7kHz 至 100kHz,,而低通濾波器則為 66.7kHz 至1MHz,。最佳濾波器帶寬設置可以透過一種軟件算法來調節(jié),,而且是數(shù)據(jù)頻率、數(shù)據(jù)速率和編碼的函數(shù),。濾波器帶寬必須足夠窄,,以最大限度地擴大 ADC輸入的動態(tài)范圍,同時又必須足夠寬,,以保護訊號躍變和脈沖寬度 (正確的濾波器設置確??煽康?DSP 卷標訊號檢測)。
  圖三顯示一個實例,,即濾波器對一個典型卷標符號序列 (一個“短”的脈沖間隔,,接著是一個“長”的脈沖間隔)的時域響應。低通截止頻率設定為等于最短時間間隔的倒數(shù)(fCUTOFF = 1/10μs =100kHz),。如果低通截止頻率更低,,那么訊號躍變和時間間隔將失真得無法識別。高通截止頻率的設置更加定性而不是具體,。
  高通截止頻率必須低于最長時間間隔的倒數(shù) (就所示實例而言,高通 fCUTOFF < 1/20μs),,而且要盡可能地高,,以降低接收器的低頻噪聲(基頻放大器以及下變頻相位與幅度雜訊)。圖三的下半部分顯示該濾波器的總體響應 (低通加高通濾波器),。
  比較具 10kHz 和 30kHz 高通設置的濾波器輸出,,10kHz 輸出的訊號躍變和時間間隔對于檢測符號序列而言是足夠的 (在 RFID環(huán)境,噪聲將重迭在輸出訊號上),??偟膩碚f,提高低通 fCUTOFF 和/或降低高通 fCUTOFF意味著,,以增大濾波器輸出噪聲為代價“提高”訊號躍變和時間間隔的“質量”,。
      
                                 圖三 濾波器對卷標符號序列的瞬態(tài)回應
  結論
  LTC6602 雙通道帶通濾波器是一種可編程的基頻濾波器,適用于高效能 UHF RFID 讀取器,。在軟件控制下使用 LTC6602 能夠在單詢問器物理設置時以高數(shù)據(jù)速率工作,,或者以多詢問器或密集詢問器物理設置工作時,能實現(xiàn)最佳卷標訊號檢測,。LTC6602 是一種非常精小的 IC,,其采用4mm x 4mm QFN 封裝,而且可透過并行或串行控制編程,。
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