一種SAW RFID閱讀器的信號處理電路設(shè)計(jì)

0 引言
RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)由于優(yōu)秀的識別性能而被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有應(yīng)用潛力的十大技術(shù)之一，它可以應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、日常生活等社會的各個(gè)方面。在我國，倡導(dǎo)科技奧運(yùn)的北京奧運(yùn)會在門票、地鐵、食品安全管理中已被試用?；?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/SAW">SAW(Surface Acoustic Wave)標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)采用了先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的SAW器件，具有體積小、重量輕、批量成本低、可靠性高、識別距離遠(yuǎn)、多功能等優(yōu)點(diǎn)，與基于IC標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)有很好的互補(bǔ)性，尤其在基于IC標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)應(yīng)用于帶有金屬物體、高溫、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境無能為力時(shí)，基于SAW標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)就顯示了它的優(yōu)越性，同時(shí)SAW標(biāo)簽也適甩干壓力、加速度、溫度等參數(shù)的測量，此技術(shù)在歐美已得到一定的應(yīng)用。在我國，此方面的研究近幾年才開始展開，技術(shù)還不夠成熟。本文將介紹一種SAW RFID閱讀器的信號處理電路設(shè)計(jì)及其軟件設(shè)計(jì)。

1 閱讀器的系統(tǒng)分析
閱讀器采用模塊化設(shè)計(jì)，最基本單元的為射頻電路與信號處理電路。如圖1所示，射頻系統(tǒng)包括發(fā)射電路與接收電路，信號處理電路包括信號處理單元與外圍電路。根據(jù)功能需求， 增加相應(yīng)的電路，包括有通信電路、顯示電路、存儲電路、時(shí)鐘電路等外圍電路。

根據(jù)項(xiàng)目指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)的SAW標(biāo)簽可接收40ns的脈沖詢問信號，由SAW標(biāo)簽發(fā)射極的間距確定每個(gè)脈沖回波延遲時(shí)間約為115ns。
閱讀器工作開始后信號處理電路產(chǎn)生一段脈寬為40ns脈沖控制信號，送給發(fā)射電路，經(jīng)過發(fā)射電路一系列調(diào)制處理，轉(zhuǎn)換成脈寬是40ns，載頻是915MHz的射頻詢問信號，通過天線發(fā)射出去。遇到SAW標(biāo)簽后，標(biāo)簽反射回帶有標(biāo)簽信息的射頻回波信號，閱讀器接收時(shí)經(jīng)過接收電路一系列處理,解調(diào)出代表標(biāo)簽信息的回波包絡(luò)信號，回波包絡(luò)信號是具有24位，脈寬40ns的脈沖回波，每個(gè)回波的延遲時(shí)間約為115ns。之后送給信號處理電路進(jìn)行進(jìn)一步的識別和處理，完成識別標(biāo)簽的信息。

2 信號處理電路設(shè)計(jì)
信號處理電路主要負(fù)責(zé)閱讀器的系統(tǒng)控制與信號處理任務(wù)。包括：發(fā)射時(shí)，控制射頻開關(guān)截取40ns脈沖信號；接收時(shí)，數(shù)字采集經(jīng)過射頻接收電路解調(diào)的回波信號，將回波信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。其中回波信號的每個(gè)脈沖的脈寬為40ns，每個(gè)脈沖信號延遲時(shí)間為115ns，帶寬則為接收處理過程就是高速數(shù)據(jù)采集過程。分析指標(biāo)要求，信號處理電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)如下：
(1)產(chǎn)生高速控制信號控制發(fā)射端的射頻開關(guān)在40ns開與斷。
(2)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換速度。
(3)經(jīng)過高速模數(shù)轉(zhuǎn)換后，采樣速率很快，信號處理器接收數(shù)據(jù)的速度必須匹配ADC(Analog To DigitalConverter)的轉(zhuǎn)換速度。
對于關(guān)鍵點(diǎn)(1)，選擇高速處理器，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)40ns響應(yīng)時(shí)間的高速控制信號。
對于關(guān)鍵點(diǎn)(2)，模擬信號的最高頻率達(dá)到
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，采樣頻率要在64MHz以上，本系統(tǒng)采用采樣頻率為80MHz的高速ADC。
對于關(guān)鍵點(diǎn)(3)，ADC采樣速率很高，達(dá)到80MHz，處理器無法直接接收處理如此龐大的采樣數(shù)據(jù)。所以需要數(shù)據(jù)緩沖，這里選用FIFO(First Input First Output)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存功能。
2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與器件選擇
為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，我們選用一種高性能的MCU(Micro Controller Unit)作為系統(tǒng)的信號處理核心。如圖2所示，信號處理電路由MCU、ADC、FIFO、以及其他外圍電路組成。