UHF RFID模擬基帶中的信道選擇濾波器設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別( RFID)技術(shù)在當(dāng)今無線通信領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。相對于LF( 120~ 135 kH z)波段和HF( 13. 56MH z) 波段， UHF波段的RFID技術(shù)能夠在m 級距離上提供數(shù)百kb it/s的數(shù)據(jù)通信， 因而備受關(guān)注。目前成功商業(yè)應(yīng)用的UHF 射頻識(shí)別系統(tǒng)閱讀器往往采用分立元件構(gòu)造， 共同的缺點(diǎn)是體積大、功耗大。隨著CMOS工藝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步， 如果能夠提供基于CMOS工藝的單片閱讀器將極大的降低成本， 應(yīng)用前景也將更為廣闊; 而且單片集成的閱讀器方案也符合當(dāng)前多應(yīng)用便攜式終端的發(fā)展趨勢， 為未來多應(yīng)用整合提供可能。

　　本文設(shè)計(jì)的信道選擇濾波器用于UHF RFID閱讀器接收機(jī)模擬基帶部分， 接收機(jī)采用I/Q 兩支路正交的零中頻結(jié)構(gòu)， 圖1是接收機(jī)模擬基帶結(jié)構(gòu)圖。

　　根據(jù)EPC global C1G2協(xié)議要求， UHF RF ID閱讀器接收的最高數(shù)據(jù)速率達(dá)到640 kb it/s， 最大信號(hào)帶寬不超過1. 28MH z; 對于40 kbit/s的最低速率， 其信號(hào)帶寬小于250 kH z， 于是， 接收基帶信道選擇濾波器的帶寬為0. 3~ 1. 3MH z范圍內(nèi)可調(diào)。

　　圖1 信道選擇濾波器用于RFID模擬基帶

　　另外， 根據(jù)transmissiON mask的要求， 相鄰兩信道的功率差為40 dB。在本信道最小信號(hào)條件下，仍要保證本信道與相鄰信道同時(shí)保持通信， 這就要求信道選擇濾波器能夠克服臨道比本道高40 dB的干擾， 于是在設(shè)計(jì)的時(shí)候要求信道選擇濾波器在兩倍頻處有大于45 dB的抑制。

　　根據(jù)UHF RFID接收機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)， 在多讀寫器環(huán)境中， 接收機(jī)將面臨幅度較大的干擾信號(hào)， 這就要求濾波器有能力處理大幅度的輸入信號(hào)， 即對其線性度要求較高。為了得到更高的線性度與更好的噪聲特性， 設(shè)計(jì)采用運(yùn)算放大器- RC 結(jié)構(gòu)濾波器模式。通過仿真， 決定采用六階Chebyshev低通濾波器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)信道選擇濾波器的設(shè)計(jì)。

　　文章首先給出了六階Chebyshev低通濾波器設(shè)計(jì)過程; 然后給出Chebyshev低通濾波器的版圖以及濾波器和運(yùn)放的仿真結(jié)果; 最后做出結(jié)論。

　　1 六階Chebyshev低通濾波器設(shè)計(jì)

　　1. 1 二階Chebyshev低通濾波節(jié)

　　圖2給出了其二階低通濾波節(jié)(B iquad)結(jié)構(gòu)，其傳遞函數(shù)為：

　　盡管帶內(nèi)的平坦特性不如Butterworth近似，但它具有更快的幅度衰減特點(diǎn)。

　　圖2 二階Chebyshev低通濾波節(jié)

　　從圖2可以看到， 濾波器中的運(yùn)算放大器接成了緩沖器形式， 是典型的雙端輸入、單端輸出的運(yùn)算放大器。由于緩沖器的兩個(gè)輸入端均懸空， 當(dāng)輸入信號(hào)為差分形式時(shí)， 無法構(gòu)成全差分緩沖器[ 7 ]。通常的解決方法是用兩個(gè)單端輸出的運(yùn)算放大器去實(shí)現(xiàn)一個(gè)全差分結(jié)構(gòu)的緩沖器， 即一個(gè)運(yùn)放作為正輸入端， 另一個(gè)運(yùn)放作為負(fù)輸入端， 這就造成了器件數(shù)量的加倍， 輸入端的匹配也很難達(dá)到， 所形成的全差分緩沖器的性能并不理想。如何形成全差分的緩沖器， 在運(yùn)放的設(shè)計(jì)過程中需要著重考慮。

　　1. 2 運(yùn)放的設(shè)計(jì)

　　運(yùn)算放大器是運(yùn)算放大器- RC 濾波器的核心部件。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求， 運(yùn)算放大器開環(huán)增益在70 dB以上， 增益帶寬積大于65 MH z， 相位裕度取在65b~ 70b左右， SR值應(yīng)取大于12 V /L s。上文中提出緩沖器輸入端懸空的問題， 采用全平衡差動(dòng)放大器FBDDA( Fu lly BalancedD ifferentia lDifferenceAmplifier)可以方便的解決。

　　圖3給出了FBDDA的示意圖及按照負(fù)反饋方式構(gòu)成的全差分緩沖器結(jié)構(gòu)。FBDDA的輸入輸出關(guān)系可以表示為：

　　Ao 為理想狀態(tài)下運(yùn)放的開環(huán)增益。當(dāng)采用負(fù)反饋時(shí)可以得到如下的關(guān)系：

　　以上關(guān)系僅當(dāng)Aoy ] 時(shí)才可以成立， 所以在設(shè)計(jì)運(yùn)放時(shí)開環(huán)增益越大越好。

　　圖3 FBDDA 與全差分緩沖器