一種SAW RFID閱讀器的信號處理電路設計

0 引言
RFID(Radio Frequency Identification)技術由于優(yōu)秀的識別性能而被認為是二十一世紀最有應用潛力的十大技術之一，它可以應用到工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、日常生活等社會的各個方面。在我國，倡導科技奧運的北京奧運會在門票、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)標簽的RFID系統(tǒng)采用了先進微電子加工技術制造的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、多功能等優(yōu)點，與基于IC標簽的RFID系統(tǒng)有很好的互補性，尤其在基于IC標簽的RFID系統(tǒng)應用于帶有金屬物體、高溫、強電磁干擾等惡劣環(huán)境無能為力時，基于SAW標簽的RFID系統(tǒng)就顯示了它的優(yōu)越性，同時SAW標簽也適甩干壓力、加速度、溫度等參數(shù)的測量，此技術在歐美已得到一定的應用。在我國，此方面的研究近幾年才開始展開，技術還不夠成熟。本文將介紹一種SAW RFID閱讀器的信號處理電路設計及其軟件設計。

1 閱讀器的系統(tǒng)分析
閱讀器采用模塊化設計，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， 增加相應的電路，包括有通信電路、顯示電路、存儲電路、時鐘電路等外圍電路。

根據(jù)項目指標要求，設計的SAW標簽可接收40ns的脈沖詢問信號，由SAW標簽發(fā)射極的間距確定每個脈沖回波延遲時間約為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標簽后，標簽反射回帶有標簽信息的射頻回波信號，閱讀器接收時經(jīng)過接收電路一系列處理,解調(diào)出代表標簽信息的回波包絡信號，回波包絡信號是具有24位，脈寬40ns的脈沖回波，每個回波的延遲時間約為115ns。之后送給信號處理電路進行進一步的識別和處理，完成識別標簽的信息。

2 信號處理電路設計
信號處理電路主要負責閱讀器的系統(tǒng)控制與信號處理任務。包括：發(fā)射時，控制射頻開關截取40ns脈沖信號；接收時，數(shù)字采集經(jīng)過射頻接收電路解調(diào)的回波信號，將回波信號轉化為標簽編碼數(shù)據(jù)進一步處理。其中回波信號的每個脈沖的脈寬為40ns，每個脈沖信號延遲時間為115ns，帶寬則為接收處理過程就是高速數(shù)據(jù)采集過程。分析指標要求，信號處理電路設計的關鍵點如下：
(1)產(chǎn)生高速控制信號控制發(fā)射端的射頻開關在40ns開與斷。
(2)模擬信號到數(shù)字信號的轉換速度。
(3)經(jīng)過高速模數(shù)轉換后，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)的轉換速度。
對于關鍵點(1)，選擇高速處理器，通過軟件編程實現(xiàn)40ns響應時間的高速控制信號。
對于關鍵點(2)，模擬信號的最高頻率達到
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。
對于關鍵點(3)，ADC采樣速率很高，達到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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存功能。
2．1 系統(tǒng)結構與器件選擇
為了使系統(tǒng)結構簡單，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。