SAW RFID閱讀器的信號處理電路與軟件的實(shí)現

RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統，只有兩個(gè)基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個(gè)詢(xún)問(wèn)器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜：標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動(dòng)標簽);解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。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 閱讀器的系統分析

　　閱讀器是一款快速、實(shí)用、功能超強的桌面端閱讀軟件。 RSS閱讀器是一種軟件或是說(shuō)一個(gè)程序，這種軟件可以自由讀取RSS和Atom兩種規范格式的文檔，且這種讀取RSS和Atom文檔的軟件有多個(gè)版本，由不同的人或公司開(kāi)發(fā)，有著(zhù)不同的名字。如目前流行的有：RSSReader、FreeDemon、SharpReader等。

　　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(shí)鐘電路等外圍電路。

　　根據項目指標要求，設計的SAW標簽可接收40ns的脈沖詢(xún)問(wèn)信號，由SAW標簽發(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(kāi)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(guò)發(fā)射電路一系列調制處理，轉換成脈寬是40ns,載頻是915MHz的射頻詢(xún)問(wèn)信號，通過(guò)天線(xiàn)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(shí)經(jīng)過(guò)接收電路一系列處理，解調出代表標簽信息的回波包絡(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控制與信號處理任務(wù)。包括：發(fā)射時(shí)，控制射頻開(kāi)關(guān)截取40ns脈沖信號;接收時(shí)，數字采集經(jīng)過(guò)射頻接收電路解調的回波信號，將回波信號轉化為標簽編碼數據進(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(guò)程就是高速數據采集過(guò)程。分析指標要求，信號處理電路設計的關(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(kāi)關(guān)在40ns開(kāi)與斷。

　　(2)模擬信號到數字信號的轉換速度。

　　(3)經(jīng)過(guò)高速模數轉換后，采樣速率很快，信號處理器接收數據的速度必須匹配ADC(Analog To DigitalConverter)的轉換速度。

　　對于關(guān)鍵點(diǎn)(1)，選擇高速處理器，通過(guò)軟件編程實(shí)現40ns響應時(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到

　　根據奈奎斯特采樣定律，采樣頻率要在64MHz以上，本系統采用采樣頻率為80MHz的高速ADC.

　　對于關(guān)鍵點(diǎn)(3)，ADC采樣速率很高，達到80MHz,處理器無(wú)法直接接收處理如此龐大的采樣數據。所以需要數據緩沖，這里選用FIFO(First Input First Output)實(shí)現數據緩存功能。

　　2.1 系統結構與器件選擇

　　為了使系統結構簡(jiǎn)單，我們選用一種高性能的MCU(Micro Controller Unit)作為系統的信號處理核心。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。

　　ADC的選擇：接收脈沖的寬度為40ns,帶寬為25MHz,根據采樣定理，這里選用ADI公司的AD9057,8bit 80MHz,輸入輸出延遲時(shí)間tPD=9.5ns.

　　FIFO的選擇：FIFO接收存儲來(lái)自ADC高速輸出的數字信號，還要將數據輸出給MCU,這對FIFO的存取速度由很高的要求，這里選用IDT公司的SUPERSYNC II系列FIFOIDT72V223,最高166MHz操作時(shí)鐘，容量1024x9 bit,具有可編程性，選用異步模式。

　　MCU的選擇：通過(guò)軟件編程實(shí)現40ns的脈沖控制信號，接收時(shí)實(shí)現高速的數據采集，RFID系統要求高速工作速度，這里選用性能優(yōu)秀C8051F131.C8051F是完全集成的混合信號系統級芯片，它的CIP-51內核采用流水線(xiàn)結構，在同頻率下是標準8051指令執行速度的12倍，C8051F131最高支持100MHz的時(shí)鐘頻率，處理速度也可達到100MIPS,32個(gè)I/0,128K Flash,8448字節內部RAM,可尋址64KB的片上外部RAM.

　　時(shí)鐘的選擇：ADC與FIFO的工作狀態(tài)由MCU控制。鐘振提供ADC采樣時(shí)鐘與FIFO寫(xiě)時(shí)鐘，ADC采樣時(shí)鐘與FIFO寫(xiě)時(shí)鐘只有同步數據才能不丟失，通過(guò)查詢(xún)器件的數據資料，ADC轉換速度與FIFO的存取速度可以實(shí)現銜接，可共用鐘振。FIFO的讀時(shí)鐘與控制由MCU產(chǎn)生。

　　2.2 硬件電路設計

　　根據系統結構與器件的數據資料，部分電路設計如下：

　　(1)AD9057的電路設計：將射頻接收電路輸出端接入AD9057輸入端：AD9057的8位數字信號輸出端與IDT72V223的低8位輸入端連接;使用C8051F13l控制AD9057的PWRDN端，控制AD9057的工作狀態(tài)。

　　(2)IDT72V223的電路設計：在IDT72V223主復位過(guò)程中，對相應引腳置位可確定其工作模式。選用異步、標準IDT工作模式;數據輸入由WCLK和WEN控制，輸入時(shí)鐘與輸出時(shí)鐘完全獨立;只要REN和WEN使能，就可以讀寫(xiě)數據;OE為低，表示允許輸出端輸出;此外，IDT72V223也提供了豐富的狀態(tài)信號，將IDT72V223低8位輸出端連接C8051F131的I/O口。