一種RFID讀取器自適應(yīng)基頻濾波器的設(shè)計(jì)

前言

無(wú)線頻率識(shí)別（RFID）是一種自動(dòng)ID技術(shù)，其可識(shí)別任何含有編碼卷標(biāo)的物體。UHFRFID系統(tǒng)由一個(gè)讀取器（或詢問(wèn)器）組成，該讀取器調(diào)變一個(gè)860MHz至960MHz頻率范圍內(nèi)的RF訊號(hào)，并向卷標(biāo)發(fā)送信息。一般情況下，卷標(biāo)是被動(dòng)的，它從發(fā)送連續(xù)波（CW） RF訊號(hào)的讀取器接收工作所需的全部能量。卷標(biāo)透過(guò)調(diào)變其天線的反射系數(shù)作出響應(yīng)，從而將信息訊號(hào)反向散射到讀寫器內(nèi)。

卷標(biāo)訊號(hào)檢測(cè)需要測(cè)量訊號(hào)躍變之間的時(shí)間間隔（代表數(shù)據(jù)“1”符號(hào)的時(shí)間間隔比代表數(shù)據(jù)“0”的符號(hào)長(zhǎng)）。讀取器透過(guò)發(fā)送一個(gè)指示卷標(biāo)設(shè)置其反向散射數(shù)據(jù)速率及編碼的訊號(hào)，以啟動(dòng)卷標(biāo)提供庫(kù)存信息的過(guò)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(wèn)器、多詢問(wèn)器和密集詢問(wèn)器這3種工作模式?jīng)Q定讀取器和卷標(biāo)訊號(hào)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(biāo)檢測(cè)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(gè)高線性度的直接轉(zhuǎn)換I和Q解調(diào)器、若干低噪聲放大器、一個(gè)具可變?cè)鲆婧蛶挼碾p信道基頻濾波器、以及一個(gè)雙信道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)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(gè)相同的濾波器信道，這兩個(gè)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(wǎng)絡(luò)。透過(guò)每個(gè)信道的相移匹配至±1度。內(nèi)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(zhuǎn)角頻率以及濾波器帶寬由頻率頻率的標(biāo)度比設(shè)定。低通標(biāo)度比選項(xiàng)為100、300和600，而高通標(biāo)度比為1000、2000和6000.圖一顯示一個(gè)典型的濾波器回應(yīng)，該濾波器具90MHz內(nèi)部頻率，高通和低通標(biāo)度比分別設(shè)定為6000和600.4階橢圓截止阻帶響應(yīng)有助于消除帶外噪聲?？刂苹l帶寬就可以在RFID接收器適應(yīng)工作環(huán)境的過(guò)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(yīng)

圖二顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單和基于LTC6602的濾波器電路，該電路用SPI串行控制來(lái)改變?yōu)V波器的增益和帶寬，以適應(yīng)一套復(fù)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(yīng)RFID基頻濾波器

為了實(shí)現(xiàn)該濾波器的精細(xì)分辨率定位，內(nèi)部頻率頻率由一個(gè)8位LTC2630 DAC設(shè)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(biāo)度比由LTC6602的串行SPI控制設(shè)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(shè)置可以透過(guò)一種軟件算法來(lái)調(diào)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?cái)U(kuò)大ADC輸入的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)又必須足夠?qū)?，以保護(hù)訊號(hào)躍變和脈沖寬度（正確的濾波器設(shè)置確?？煽康腄SP卷標(biāo)訊號(hào)檢測(cè)）。

圖三顯示一個(gè)實(shí)例，即濾波器對(duì)一個(gè)典型卷標(biāo)符號(hào)序列（一個(gè)“短”的脈沖間隔，接著是一個(gè)“長(zhǎng)”的脈沖間隔）的時(shí)域響應(yīng)。低通截止頻率設(shè)定為等于最短時(shí)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(hào)躍變和時(shí)間間隔將失真得無(wú)法識(shí)別。高通截止頻率的設(shè)置更加定性而不是具體。

高通截止頻率必須低于最長(zhǎng)時(shí)間間隔的倒數(shù) (就所示實(shí)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(yīng) (低通加高通濾波器)。

比較具 10kHz 和 30kHz 高通設(shè)置的濾波器輸出，10kHz 輸出的訊號(hào)躍變和時(shí)間間隔對(duì)于檢測(cè)符號(hào)序列而言是足夠的 (在 RFID 環(huán)境，噪聲將重迭在輸出訊號(hào)上)。總的來(lái)說(shuō)，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(jià)“提高”訊號(hào)躍變和時(shí)間間隔的“質(zhì)量”。

圖三 濾波器對(duì)卷標(biāo)符號(hào)序列的瞬態(tài)回應(yīng)

結(jié)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(wèn)器物理設(shè)置時(shí)以高數(shù)據(jù)速率工作，或者以多詢問(wèn)器或密集詢問(wèn)器物理設(shè)置工作時(shí)，能實(shí)現(xiàn)最佳卷標(biāo)訊號(hào)檢測(cè)。LTC6602 是一種非常精小的 IC，其采用 4mm x 4mm QFN 封裝，而且可透過(guò)并行或串行控制編程。