一種RFID讀取器自適應基頻濾波器的設計

前言

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

卷標訊號檢測需要測量訊號躍變之間的時間間隔（代表數(shù)據(jù)“1”符號的時間間隔比代表數(shù)據(jù)“0”的符號長）。讀取器透過發(fā)送一個指示卷標設置其反向散射數(shù)據(jù)速率及編碼的訊號，以啟動卷標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定讀取器和卷標訊號的頻譜限制。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、一個具可變增益和帶寬的雙信道基頻濾波器、以及一個雙信道模擬數(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具有兩個相同的濾波器信道，這兩個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。透過每個信道的相移匹配至±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度比設定。低通標度比選項為100、300和600，而高通標度比為1000、2000和6000.圖一顯示一個典型的濾波器回應，該濾波器具90MHz內(nèi)部頻率，高通和低通標度比分別設定為6000和600.4階橢圓截止阻帶響應有助于消除帶外噪聲?？刂苹l帶寬就可以在RFID接收器適應工作環(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

圖二顯示了一個簡單和基于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，以適應一套復雜的數(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RFID基頻濾波器

為了實現(xiàn)該濾波器的精細分辨率定位，內(nèi)部頻率頻率由一個8位LTC2630 DAC設定。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。低通和高通標度比由LTC6602的串行SPI控制設定。

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，以最大限度地擴大ADC輸入的動態(tài)范圍，同時又必須足夠?qū)?，以保護訊號躍變和脈沖寬度（正確的濾波器設置確保可靠的DSP卷標訊號檢測）。

圖三顯示一個實例，即濾波器對一個典型卷標符號序列（一個“短”的脈沖間隔，接著是一個“長”的脈沖間隔）的時域響應。低通截止頻率設定為等于最短時間間隔的倒數(shù)（fCUTOFF = 1/10μs = 100kHz）。如果低通截止頻率更低，那么訊號躍變和時間間隔將失真得無法識別。高通截止頻率的設置更加定性而不是具體。

高通截止頻率必須低于最長時間間隔的倒數(shù) (就所示實例而言，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 (低通加高通濾波器)。

比較具 10kHz 和 30kHz 高通設置的濾波器輸出，10kHz 輸出的訊號躍變和時間間隔對于檢測符號序列而言是足夠的 (在 RFID 環(huán)境，噪聲將重迭在輸出訊號上)?？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“提高”訊號躍變和時間間隔的“質(zhì)量”。

圖三 濾波器對卷標符號序列的瞬態(tài)回應

結論

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置時以高數(shù)據(jù)速率工作，或者以多詢問器或密集詢問器物理設置工作時，能實現(xiàn)最佳卷標訊號檢測。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。