超高頻讀寫器的RFID系統(tǒng)構成與硬件結構
來源：
安的電子 日期：2022-07-15
讀寫器的工作頻率為915 MHz，是基于無源反射調(diào)制技術和模塊化設計原理的 RFID讀寫器，工作距離長達 10 m。
1．RFID系統(tǒng)構成
UHF頻段RFID系統(tǒng)是無源RFID系統(tǒng)，由讀寫器和電子標簽組成，如圖8.23所示。當電子標簽進入讀寫器的能量場，電子標簽的能量檢測電路將射頻信號轉(zhuǎn)化為直流信號，供其工作。同時，芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻信號中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯。控制邏輯負責分析數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應操作，包括從EEPROM讀數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送出去。
2．讀寫器的硬件結構
915 MHz的讀寫器主要由天線、射頻模塊和主控模塊3部分組成。射頻模塊由發(fā)送部分和接收部分構成，發(fā)送部分產(chǎn)生射頻信號及射頻能量，給無源電子標簽提供能量；接收部分對由天線接收的反射調(diào)制信號進行解調(diào)、放大及濾波。主控模塊控制與電子標簽的通信過程；主機應用軟件進行通信，并執(zhí)行應用軟件發(fā)來的命令。
射頻識別系統(tǒng)采用時分復用的工作方式，讀寫器輸出命令信號與接收電子標簽反射調(diào)制信號是在不同的時間段進行的。
（1）數(shù)字鎖相環(huán)技術
在射頻部分，采用晶體振蕩器和壓控振蕩器以全數(shù)字鎖相環(huán)的形式產(chǎn)生 915 MHz射頻信號。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)由模擬電路實現(xiàn)，而全數(shù)字鎖相環(huán)與傳統(tǒng)的模擬電路的實現(xiàn)方法相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響、環(huán)路帶寬和中心頻率編程可調(diào)、易于構建高階鎖相環(huán)等優(yōu)點，并且應用在數(shù)字系統(tǒng)中時不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。
（2）信號接收
天線接收的反射調(diào)制信號經(jīng)過定向耦合器到接收通路，檢波后的信號通過差動放大、低通濾波器和運算放大后，進行A/D轉(zhuǎn)換再送至主控模塊進行解碼。
讀寫器進行讀寫操作時，讀寫器與電子標簽的距離不是固定不變的。如果讀寫器與電子標簽距離近，讀寫器接收到的反射調(diào)制信號較強；如果讀寫器與電子標簽距離遠，讀寫器接收到的反射調(diào)制信號就較弱。為了在讀寫器的工作距離內(nèi)得到穩(wěn)定可靠的接收數(shù)據(jù)，需要對A/D轉(zhuǎn)換之前的運算放大器進行放大倍數(shù)控制，較弱的接收信號需要較大的放大倍數(shù)。
為了保持接收信號的穩(wěn)定，采用了移動終端功率控制方案：反射信號變強，降低接收通路的放大倍數(shù)；反之，反射信號變?nèi)酰岣咂浞糯蟊稊?shù)。采用對數(shù)放大器對反射調(diào)制信號進行電平檢測，然后輸入到主控模塊進行算法分析，輸出控制信號改變末級運算放大器的反饋電阻大小，即可實現(xiàn)運算放大器的放大倍數(shù)的自動控制，進而實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換前信號幅度的穩(wěn)定。
（3）主控模塊
主控模塊的核心處理器為數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP），該 DSP 芯片運算速度為 50 MIPS（MIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令），片內(nèi)有 10 KB 雙向訪問 RAM，支持64 KByte 的數(shù)據(jù)空間和 64 KByte 的程序空間，能夠滿足射頻識別系統(tǒng)的要求。主控模塊的硬件框圖如圖 8.24 所示，本系統(tǒng)采用復雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）完成整個系統(tǒng)的邏輯電路設計。
實際系統(tǒng)中，擴展了64 KByte 的 SRAM，但因DSP 最多支持外部擴展 64 KByte的數(shù)據(jù)空間，因此，模擬CE控制信號由DSP通過CPLD中的邏輯電路來控制，從而決定選擇SRAM的高地址段 64 KByte 的存儲空間還是低地址字段的存儲空間。這樣，在符合 DSP 的外擴數(shù)據(jù)空間要求的基礎上又增加了寶貴的存儲資源。除了 SRAM，還配置了64 KByte 的 Flash，以滿足DSP引導裝入程序的需要。
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1．RFID系統(tǒng)構成
UHF頻段RFID系統(tǒng)是無源RFID系統(tǒng)，由讀寫器和電子標簽組成，如圖8.23所示。當電子標簽進入讀寫器的能量場，電子標簽的能量檢測電路將射頻信號轉(zhuǎn)化為直流信號，供其工作。同時，芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻信號中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯。控制邏輯負責分析數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應操作，包括從EEPROM讀數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送出去。
2．讀寫器的硬件結構
915 MHz的讀寫器主要由天線、射頻模塊和主控模塊3部分組成。射頻模塊由發(fā)送部分和接收部分構成，發(fā)送部分產(chǎn)生射頻信號及射頻能量，給無源電子標簽提供能量；接收部分對由天線接收的反射調(diào)制信號進行解調(diào)、放大及濾波。主控模塊控制與電子標簽的通信過程；主機應用軟件進行通信，并執(zhí)行應用軟件發(fā)來的命令。
射頻識別系統(tǒng)采用時分復用的工作方式，讀寫器輸出命令信號與接收電子標簽反射調(diào)制信號是在不同的時間段進行的。
（1）數(shù)字鎖相環(huán)技術
在射頻部分，采用晶體振蕩器和壓控振蕩器以全數(shù)字鎖相環(huán)的形式產(chǎn)生 915 MHz射頻信號。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)由模擬電路實現(xiàn)，而全數(shù)字鎖相環(huán)與傳統(tǒng)的模擬電路的實現(xiàn)方法相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響、環(huán)路帶寬和中心頻率編程可調(diào)、易于構建高階鎖相環(huán)等優(yōu)點，并且應用在數(shù)字系統(tǒng)中時不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。
（2）信號接收
天線接收的反射調(diào)制信號經(jīng)過定向耦合器到接收通路，檢波后的信號通過差動放大、低通濾波器和運算放大后，進行A/D轉(zhuǎn)換再送至主控模塊進行解碼。
讀寫器進行讀寫操作時，讀寫器與電子標簽的距離不是固定不變的。如果讀寫器與電子標簽距離近，讀寫器接收到的反射調(diào)制信號較強；如果讀寫器與電子標簽距離遠，讀寫器接收到的反射調(diào)制信號就較弱。為了在讀寫器的工作距離內(nèi)得到穩(wěn)定可靠的接收數(shù)據(jù)，需要對A/D轉(zhuǎn)換之前的運算放大器進行放大倍數(shù)控制，較弱的接收信號需要較大的放大倍數(shù)。
為了保持接收信號的穩(wěn)定，采用了移動終端功率控制方案：反射信號變強，降低接收通路的放大倍數(shù)；反之，反射信號變?nèi)酰岣咂浞糯蟊稊?shù)。采用對數(shù)放大器對反射調(diào)制信號進行電平檢測，然后輸入到主控模塊進行算法分析，輸出控制信號改變末級運算放大器的反饋電阻大小，即可實現(xiàn)運算放大器的放大倍數(shù)的自動控制，進而實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換前信號幅度的穩(wěn)定。
（3）主控模塊
主控模塊的核心處理器為數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP），該 DSP 芯片運算速度為 50 MIPS（MIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令），片內(nèi)有 10 KB 雙向訪問 RAM，支持64 KByte 的數(shù)據(jù)空間和 64 KByte 的程序空間，能夠滿足射頻識別系統(tǒng)的要求。主控模塊的硬件框圖如圖 8.24 所示，本系統(tǒng)采用復雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）完成整個系統(tǒng)的邏輯電路設計。
實際系統(tǒng)中，擴展了64 KByte 的 SRAM，但因DSP 最多支持外部擴展 64 KByte的數(shù)據(jù)空間，因此，模擬CE控制信號由DSP通過CPLD中的邏輯電路來控制，從而決定選擇SRAM的高地址段 64 KByte 的存儲空間還是低地址字段的存儲空間。這樣，在符合 DSP 的外擴數(shù)據(jù)空間要求的基礎上又增加了寶貴的存儲資源。除了 SRAM，還配置了64 KByte 的 Flash，以滿足DSP引導裝入程序的需要。
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