一種基于FPGA的無線射頻讀卡器開發(fā)與設(shè)計

在接收數(shù)據(jù)時，讀卡器發(fā)射連續(xù)載波（未調(diào)制），以便為標(biāo)簽提供電源。在收到請求后，電子標(biāo)簽通過對載波進(jìn)行調(diào)幅，響應(yīng)一個碼流。所采用的調(diào)制方式為幅移鍵控（ASK）或者反相-幅移鍵控鍵控（PR-ASK）。解調(diào)器帶有兩個正交移相檢出式輸出端口，因此具備天然的分集接收功能。如果由于多路或相位取消導(dǎo)致某個通道無法接收信號，另一條通道（移相90度）就可接收較強(qiáng)的信號，反之亦然。這樣，整體接收可靠性就得以提高。

一旦解調(diào)完成，即可將I（相內(nèi)）和Q（正交相位）差分輸出信號以AC方式耦合至一個運算放大器（被配置為一個差分放大器），隨后被轉(zhuǎn)換為單端輸出信號。這個時候應(yīng)將高通角頻率設(shè)置為5KHz，低于接收數(shù)據(jù)流的最小信號頻率，高于最大多普勒頻率（可能被運動標(biāo)簽采用），同時保持高于電力線頻率（60Hz）。這樣，輸出信號就能利用被配置為四階低通的LT1568順利穿過低通濾波器。低通角頻率應(yīng)被設(shè)置為5MHz，以便最大碼流信號穿過濾波器，達(dá)到基帶。

基帶信號然后被一個雙路低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器（LTC2291，分辨率為12位）進(jìn)行數(shù)字化處理。由于標(biāo)簽碼流的帶寬為5KHz至5MHz，LTC2291能夠以25MSps的速率進(jìn)行充分的采樣，從而精確地捕獲解調(diào)信號。在需要的時候，還可在基帶DSP中實現(xiàn)額外的數(shù)字濾波。這樣，接收器就能具備最大的邏輯閾值設(shè)置靈活性，該設(shè)置可由基帶處理器以數(shù)字化方式執(zhí)行。

基帶任務(wù)和數(shù)字化射頻信道化處理，可提高用全FPGA解決方案實現(xiàn)的吸引力和集成度。

高動態(tài)范圍射頻發(fā)射器設(shè)計

發(fā)射器集成了一個鏡像抑制直接轉(zhuǎn)換式調(diào)制器。LT5568具備很高的線性度和較低的背景噪聲，因此能夠為所發(fā)射的信號提供出色的動態(tài)范圍性能。調(diào)制器能夠從數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）接收正交式基帶I和Q信號，然后直接調(diào)制至900MHz發(fā)射頻率。

在內(nèi)部，LO（本地振蕩器）被精確正交移相器分割。經(jīng)調(diào)制的射頻信號被合并為一個單端、單邊帶射頻輸出信號（鏡像被抑制了46dBc）。此外，調(diào)制器還帶有匹配的I和Q混合器，從而最大限度地抑制了LO載波信號（至-43dBm）。

復(fù)合調(diào)制電路具備出色的鄰道功率比（ACPR），有助于滿足發(fā)射頻率屏蔽要求。例如，當(dāng)調(diào)制器射頻輸出電平為-8dBm時，ACPR指標(biāo)優(yōu)于-60dBc。由于具備更出色的ACPR性能，信號可被放大至許可的1w功率（在美國為+30dBm），或者放大至2w，以符合歐盟規(guī)范。在上述兩種情況下，重要的是保持電平固定，因為該電平用于向電子標(biāo)簽提供電源，并最大化讀卡距離。LTC5505型射頻功率檢測器的內(nèi)部溫度補(bǔ)償功能，可準(zhǔn)確地測定功率，提供穩(wěn)定的反饋信號，以調(diào)節(jié)射頻功率放大器的輸出功率。

基帶處理和網(wǎng)絡(luò)接口

在基帶頻率上，FPGA執(zhí)行發(fā)送至DAC和來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的波形的信道化任務(wù)。這一過程也被稱為數(shù)字中頻處理，涉及濾波、增益控制、頻率轉(zhuǎn)換和采樣率變化等。FPGA甚至可以并行處理多個信道。

圖2顯示了一個射頻讀卡器的架構(gòu)。其他基帶處理任務(wù)包括：

　　先導(dǎo)字段檢測

　　排序估計

　　調(diào)制和解調(diào)（ASK、頻移鍵控和相移鍵控）

　　信號產(chǎn)生

　　相關(guān)器處理

　　峰值檢測和閾值設(shè)定

　　CRC糾錯和校驗和

　　編碼和解碼（NRZ、Manchester、單極性、差分雙極性和Miller）

　　幀檢測

　　ID去擾

　　安全加密引擎