射频识别系统读卡器应考虑到安全性、易用性和稳定性

科技岛 20230519

  • 射频识别技术
  • 数字信号处理
射频识别技术(RFID,即Radio Frequency Identification)是一种基于雷达技术发展而来的识别技术,其主要原理是通过无线电磁波进行非接触双向数据通信从而获取相关数据并实现目标识别,RFID技术是微波技术、密码学以及无线通信原理等众多学科知识交叉的新兴产物,其应用领域覆盖了高速公路收费管理、铁路物流运输控制管理及工业自动化监控等众多领域。

的动态范围。这是很重要的,因为在RFID系统中,动态范围决定了系统能够同时处理的最大信号和最小信号的范围。


解调器的输出通过一个低通滤波器和一个可变增益放大器(VGA)进行处理,并提供给后续的数字信号处理模块。VGA具有较大的放大范围,可以根据接收信号的强度进行调整,以保证输出信号的恰当幅度。


数字信号处理模块对接收到的信号进行采样、滤波、解调和解码等处理。同时,它还负责与控制单元进行通信,并将解码后的数据传递给上层应用软件。


为了提高系统的可靠性,读卡器还需要具备一定的抗干扰能力。这可以通过在接收器前端添加滤波器和干扰检测电路来实现。滤波器可以帮助抑制无关信号,而干扰检测电路可以根据信号的幅度和频率特征来判断是否存在干扰信号。


总结

射频识别技术是一种基于雷达技术的识别技术,广泛应用于高速公路收费管理、铁路物流运输控制管理和工业自动化监控等领域。RFID系统由电子标签、天线和读卡器组成,读卡器主要由射频信号处理模块、基带信号处理模块、控制单元和接口模块组成。读卡器需要具备抗干扰能力,才能在恶劣的应用环境下正常工作。实用和可靠的射频接收器设计对于提高系统的性能和可靠性至关重要。IIP3是指输入第三次截止点(Third-order intercept point),是衡量一个系统非线性特性的指标。在无线通信中,当系统接收到多个信号,其线性度不足时,会产生交叉调制、谐波、杂散等非线性失真,影响接收信号的质量。而IIP3是指在这种情况下,输入第三次截止点的功率。


9.7dB P1dB是指功率1dB压缩点(1-dB compression point),是衡量一个系统线性度的另一种指标。在无线通信中,当系统的输入信号达到一定强度时,其输出信号的增益会发生压缩,即输出信号的增益与输入信号功率之间的关系不再是线性关系,而是非线性的。而P1dB就是指在这种情况下,输出功率降低1dB时的输入功率。


在接收数据时,读卡器会发出未调制的连续载波,用于为电子标签提供电源。当接收到请求后,电子标签会对载波进行调幅,响应一个码流。常用的调制方式为幅移键控(ASK)或者反相-幅移键控键控(PR-ASK)。解调器带有两个正交移相检测的输出端口,具备分集接收功能。如果某个通道无法接收到信号,另一条通道可以接收到较强的信号,从而提高整体的接收可靠性。


解调完成后,将相内(I)和正交相位(Q)差分输出信号通过运算放大器转换为单端输出信号。此时,应设置高通角频率为5KHz,低于接收数据流中最小信号频率,高于最大多普勒频率,同时高于电力线频率(60Hz)。这样,输出信号可以通过低通滤波器,低通角频率应设置为5MHz,以确保最大码流信号能够通过滤波器,达到基带。


基带信号随后通过双路低功耗模数转换器进行数字化处理。由于标签码流的带宽在5KHz至5MHz之间,所以选择LTC2291进行采样,可以以25MSps的速率进行精确的数字化信号捕获。需要时,还可以在基带数字信号处理中实施额外的数字滤波。这样,接收器就具备了最大的逻辑阈值设置灵活性,并且该设置可以通过基带处理器以数字化方式执行。


基带任务和数字化射频信道化处理的实现,可以提高用全FPGA解决方案的吸引力和集成度。


高动态范围射频发射器设计方面,集成了一个镜像抑制直接转换式调制器。LT5568具备很高的线性度和较低的背景噪声,能够为发射信号提供出色的动态范围性能。调制器接收正交式基带I和Q信号,直接调制至900MHz的发射频率。在内部,本地振荡器(LO)被精确分割为正交移相器。调制后的射频信号经过合并,形成单端、单边带的射频输出信号,镜像被抑制了46dBc。调制器还配备了匹配的I和Q混合器,最大程度地抑制了LO载波信号(至-43dBm)。复合调制电路具备出色的邻道功率比(ACPR),有助于满足发射频率屏蔽的要求。例如,当调制器射频输出电平为-8dBm时,ACPR优于-60dBc。由于具备更出色的ACPR性能,信号可以放大到许可的1w功率(在美国为+30dBm),或者放大到2w以符合欧盟规范。在这两种情况下,重要的是保持电平固定,因为这个电平用于为电子标签提供电源,并最大化读卡距离。LTC5505型射频功率检测器具有内部温度补偿功能,可以准确测量功率,提供稳定的反馈信号,以调节射频功率放大器的输出功率。

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