用于軟件定義UHF RFID 讀取器的可編程基頻濾波器

　　引言

　　無(wú)線(xiàn)頻率識別(RFID)是一種自動(dòng) ID 技術(shù)，其可識別任何含有編碼卷標的物體。 UHFRFID 系統由一個(gè)讀取器 (或詢(xún)問(wèn)器) 組成，該讀取器調變一個(gè) 860MHz 至 960MHz 頻率范圍內的 RF 訊號，并向卷標發(fā)送信息。一般情況下，卷標是被動(dòng)的，它從發(fā)送連續波(CW) RF 訊號的讀取器接收工作所需的全部能量。卷標透過(guò)調變其天線(xiàn)的反射系數作出響應，從而將信息訊號反向散射到讀取器內。

　　卷標訊號檢測需要測量訊號躍變之間的時(shí)間間隔 (代表數據“1”符號的時(shí)間間隔比代表數據“0”的符號長(cháng))。讀取器透過(guò)發(fā)送一個(gè)指示卷標設置其反向散射數據速率及編碼的訊號，以啟動(dòng)卷標提供庫存信息的過(guò)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(xún)問(wèn)器、多詢(xún)問(wèn)器和密集詢(xún)問(wèn)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據吞吐量之間獲得最佳平衡。

　　可編程讀取器含有一個(gè)高線(xiàn)性度的直接轉換 I 和 Q 解調器、若干低噪聲放大器、一個(gè)具可變增益和帶寬的雙信道基頻濾波器、以及一個(gè)雙信道模擬數字轉換器(ADC)。雙通道、已匹配和可編程的帶通濾波器 LTC6602 可以?xún)?yōu)化高效能 RFID 讀取器。

　　雙通道帶通濾波器

　　LTC6602 具有兩個(gè)相同的濾波器信道，這兩個(gè)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(luò )。透過(guò)每個(gè)信道的相移匹配至 ±1 度。內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(gè)典型的濾波器回應，該濾波器具90MHz內部頻率，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(guò)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

一種因應 RFID 讀取器的自適應基頻濾波器

　　圖二顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單和基于 LTC6602 的濾波器電路，該電路用 SPI 串行控制來(lái)改變?yōu)V波器的增益和帶寬，以適應一套復雜的數據速率和編碼。(反向散射鏈路的頻率范圍為40kHz 至 640kHz，而數據速率范圍為 5kbps 至 640kbps。)

　　
圖 二 具 SPI 控制的自適應 RFID 基頻濾波器

為了實(shí)現該濾波器的精細分辨率定位，內部頻率頻率由一個(gè)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(guò)一種軟件算法來(lái)調節，而且是數據頻率、數據速率和編碼的函數。濾波器帶寬必須足夠窄，以最大限度地擴大 ADC 輸入的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)又必須足夠寬，以保護訊號躍變和脈沖寬度 (正確的濾波器設置確?？煽康?DSP 卷標訊號檢測)。

　　圖三顯示一個(gè)實(shí)例，即濾波器對一個(gè)典型卷標符號序列 (一個(gè) “短”的脈沖間隔，接著(zhù)是一個(gè)“長(cháng)”的脈沖間隔) 的時(shí)域響應。低通截止頻率設定為等于最短時(shí)間間隔的倒數 (fCUTOFF = 1/10μs = 100kHz)。如果低通截止頻率更低，那么訊號躍變和時(shí)間間隔將失真得無(wú)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(cháng)時(shí)間間隔的倒數 (就所示實(shí)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(shí)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?lái)說(shuō)，提高低通 fCUTOFF 和/或降低高通 fCUTOFF 意味著(zhù)，以增大濾波器輸出噪聲為代價(jià)“提高”訊號躍變和時(shí)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(xún)問(wèn)器物理設置時(shí)以高數據速率工作，或者以多詢(xún)問(wèn)器或密集詢(xún)問(wèn)器物理設置工作時(shí)，能實(shí)現最佳卷標訊號檢測。LTC6602 是一種非常精小的 IC，其采用 4mm x 4mm QFN 封裝，而且可透過(guò)并行或串行控制編程。