[ 導讀 ] 根據UH F RFID閱讀器實現的IQ 兩路正交調制解調的零中頻方案， 設計和實現了閱讀器基帶處理芯片接收端電路，包括電路總體結構及解調器、解碼器等關鍵模塊的設計， 完成其RTL設計、仿真及FPGA原型驗證。該設計在物理層數據編碼、調制方式及其他關鍵技術進行了改進， 性能

       UHF RFID技術將廣泛應用于各個行業領域， 可靠的閱讀器是UHF RFID系統的重要組成部分， 而基帶處理芯片能夠為閱讀器設計提供基帶信號處理解決方案。結合UHF RFID技術本身所固有的特點， 本文的閱讀器設計采用了IQ 兩路正交調制解調的零中頻方案。整個閱讀器由射頻前端和基帶處理兩個部分組成， 射頻前端對發送基帶信號進行上變頻和功率放大等處理后發射給電子標簽， 然后在接收到標簽的返回信號時， 對接收信號進行放大、濾波、下變頻等處理后將基帶信號傳輸給基帶處理芯片。

       本文介紹基于ISO / IEC 18000 6C 協議的UHF RF ID閱讀器基帶處理芯片接收端電路的設計， 該電路可以與基帶處理發送端、中央處理器( CPU )集成， 共同構成整個基帶處理芯片。

       1  電路總體結構

       UHF RFID閱讀器基帶處理接收端電路的總體結構如圖1所示， 主要包括輸入基帶信號低通濾波器、解調器、解碼器、數據串并轉換模塊、信息傳遞接口(MPI)模塊和接收機控制模塊六個功能模塊。

       從ADC 采樣進來的兩路基帶正交信號i_data i和i_dataq首先經過低通濾波器FIR _ filter進行濾波， 以便后級電路對信號進行處理。

       UHF RFID閱讀器基帶處理接收端電路框圖

圖1  UHF RFID閱讀器基帶處理接收端電路框圖

       濾波后的I和Q信號進入解調器demodu lator， 調制方式自動識別子模塊mode_d iscrim inator首先識別接收信號的調制方式， 之后選擇對接收信號進行ASK或者PSK 解調得到沒有實現位同步的信號， 最后位同步子模塊bit_synchrono izer從該信號提取出位同步時鐘并判決得到同步二進制數據流。解調后數據流與提取出來的同步時鐘脈沖一起輸出到解碼器decoder， 按照FM0或M iller編碼規則對數據進行解碼，同時檢查編碼規則并對編碼規則錯誤進行計數。若沒有出現編碼規則錯誤， 還將在CRC 校驗子模塊crc_verifier中對解碼后的數據進行CRC 16校驗。

       解碼出來的信號是串行的， 而在信息傳遞接口模塊rx_mp i中的接收緩存是并行輸入的， 所以將數據存入緩存中之前由數據串并轉換模塊serial_to_para lle l完成串行數據轉換為并行數據。該模塊產生接收緩存的寫數據、寫[FS:PAGE]地址和寫使能信號， 并對接收到的數據進行計數， 計數結果放在rx_mp i中指定的寄存器中供CPU 查詢。數據串并轉換模塊同時檢測緩存是否溢出并給出緩存溢出錯誤標志信號，在每一幀數據結束處給出幀結束脈沖信號。

       信息傳遞接口模塊rx_mp i主要負責基帶處理電路(包括接收端、發送端)和CPU 之間的數據通信。

       該模塊首先把接收到的數據寫入接收緩存中， 并在結束時置數據準備好標志寄存器DATA _RDY 有效(在出現幀起始檢測發生超時錯誤時也置數據準備好標志寄存器DATA _RDY 有效)以通知CPU 取走數據，同時寄存各種錯誤標志信號和錯誤計數值到相應寄存器供CPU 查詢。除此， rx _mp i還負責接收來自CPU的指令信息并配置相應的控制寄存器。

       接收機控制模塊receiver_ctrl是接收部分的中央控制模塊， 根據控制寄存器中的配置信息輸出各個模塊需要的控制信號， 用以配置各個功能模塊的工作模式。

       2  解調器設計

       解調器主要包括ASK 解調、PSK解調、解調模式識別和位同步四個子模塊。解調模式識別子模塊根據CPU 的配置或接收信號的特征決定采用ASK 或PSK 解調方法對信號進行解調， 位同步子模塊從接收數據中提取位時鐘信號用來重新同步接收數據。

       2. 1  ASK解調子模塊

       當閱讀器接收來自電子標簽的信號采用ASK調制時， 接收信號可以用如下表達式表示:

       式中， am 為輸入碼元， 取0或1; g ( n - m )是幅度為1、寬度為單個碼元持續時間的波形函數; 接收信號的載波頻率ω‘c與接收機本地載波頻率ωc 存在頻率偏移， 且兩者之間還有相位差△φ， 與閱讀器發射天線和電子標簽之間的距離有關; n0 為接收到的加性噪聲。

       一般的ASK解調在對S ( n )進行正交分解得同相和正交分量I 和Q 后， 求其平方和與開方。可得：

       即: 對A ( n )進行抽取判決， 便可以恢復出碼元信號。

       本文根據UHF RFID 技術的特殊性， 采用如下方法對ASK 調制信號進行解調: 雖然I’和Q‘隨著閱讀器與標簽之間距離的改變而變化， 變化時強時弱，[FS:PAGE]但是I’和Q‘具有功率互補性， 即在I’最弱的時候Q‘最強或者相反。根據這個特點， 本文在每幀標簽返回信號的幀前導序列出現時比較I’和Q‘的強度， 然后選擇信號比較強的一路分量進行判決。

       ASK 解調示意圖

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