引言
無線頻率識(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)反向散射到讀取器內(nèi)。
卷標(biāo)訊號(hào)檢測需要測量訊號(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)。讀取器透過發(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?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。控制基頻帶寬就可以在RFID接收器適應(yīng)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(yīng)
一種因應(yīng) RFID 讀取器的自適應(yīng)基頻濾波器
圖二顯示了一個(gè)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(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。)
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)置可以透過一種軟件算法來調(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)挘员Wo(hù)訊號(hào)躍變和脈沖寬度 (正確的濾波器設(shè)置確??煽康?DSP 卷標(biāo)訊號(hào)檢測)。
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”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)??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(jià)“提高”訊號(hào)躍變和時(shí)間間隔的“質(zhì)量”。
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 能夠在單詢問器物理設(shè)置時(shí)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(shè)置工作時(shí),能實(shí)現(xiàn)最佳卷標(biāo)訊號(hào)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。