摘要：為了滿足現(xiàn)有和新興RFID標(biāo)準(zhǔn)的要求，設(shè)計了一種以MSC1211單片機(jī)為控制核心的高頻RFID接收系統(tǒng)。介紹了MSC1211單片機(jī)的特點(diǎn)與性能，闡述了RFID接收系統(tǒng)基帶電路的工作原理，敘述了接收器的程序設(shè)計方法并給出了程序流程圖。
關(guān)鍵詞：RFID;MSC1211;濾波;放大器

1引言

射頻識別技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification，）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性進(jìn)行的非接觸雙向通信，數(shù)據(jù)交換不是通過電流的觸點(diǎn)接通而是通過電場與磁場，即通過無線的方式通信，實(shí)現(xiàn)對靜止或移動物體的自動識別。目前我國對于RFID技術(shù)的研究仍然停留在低頻RFID領(lǐng)域的初級階段，其低頻RFID接收器存在識別距離近、精度低、功耗大以及抗干擾差等缺點(diǎn)。為了適用于要求識別距離長、讀寫數(shù)據(jù)率高、抗干擾性強(qiáng)的各種場合，我們設(shè)計了一種高性能的超高頻率射頻識別接收系統(tǒng)。該系統(tǒng)可直接轉(zhuǎn)換解調(diào)800MHzZH至1.5GHz的頻率范圍，完全覆蓋了RFID閱讀器所使用的UHF頻段，并在射頻接收電路中采用了4片功耗低、高精度、強(qiáng)抗干擾性的凌特芯片，達(dá)到了簡化系統(tǒng)電路的目的，提高了接收系統(tǒng)的可靠性。

2接收系統(tǒng)整體設(shè)計

射頻識別接收系統(tǒng)主要功能是接收和解碼電子標(biāo)簽的代碼信息并加以處理，因此接收系統(tǒng)主要由信號接收電路、放大電路、低通濾波電路與信息處理單元MSC1211四部分組成，其中信號接收電路、放大電路、低通濾波電路構(gòu)成了射頻接收系統(tǒng)的基帶電路。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接收系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，發(fā)送器與接收器所共用的天線負(fù)責(zé)檢測RF載波并通過一個帶通濾波器將信號傳送至解調(diào)器的RF輸入，解調(diào)器將信號解調(diào)后送入運(yùn)算放大器放大輸出，再用于驅(qū)動低通濾波器的單端輸入，低通濾波器對信號進(jìn)行基帶濾波處理后送入MSC1211單片機(jī)的A/D引腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.1 MSC1211單片機(jī)

MSC1211單片機(jī)是美國德州儀器公司最新推出的集成數(shù)字/模擬混合信號的高性能芯片，具有很高的計算速度，時鐘頻率達(dá)到33MHZ，降低了系統(tǒng)噪聲和電源功耗，提高了對接收的信號射頻數(shù)據(jù)處理能力；MSC1211內(nèi)部集成了一個24位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使A/D轉(zhuǎn)換精度達(dá)到24位，提高了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的精確度。MSC1211芯片是整個系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是負(fù)責(zé)對來自多個標(biāo)簽的接收信號進(jìn)行分析處理，并提供附加的濾波處理。

2.2 解調(diào)器與運(yùn)算放大器

RF解調(diào)器采用了凌特公司的LT5516芯片，該芯片直接轉(zhuǎn)換解調(diào)器800MHzZH至1.5GHz的頻率范圍。LT5516超群的線性提供了對低電平信號的高靈敏度，即使在很大的干擾信號下也不會受到影響。運(yùn)算放大器采用了凌特公司的LT6231芯片，該芯片起一個差分至單端放大器的作用，用于驅(qū)動低通濾波器的單端輸入。LT5516的差分I或Q輸出轉(zhuǎn)換為一個單端輸出的LT6231差分放大器。電路如圖2所示。

圖2 基帶接口電路

由圖2可知，在60Ω電阻器的兩端增設(shè)270pF外部電容可將解調(diào)器的輸出限制為10MHz，以防止任何高頻干擾傳送至LT6231放大器。由于幅移鍵控RFID信號無需DC偶合，因此對基帶放大器采用了AC偶合。其中 AC偶合電容器和放大器輸入電阻器提供的高通極點(diǎn)被設(shè)定為8kHz，差分放大器的輸入電阻其電阻值被設(shè)定為140Ω，可以最大限度地降低與輸入相關(guān)的噪聲。

2.3低通濾波電路

模擬基帶濾波處理采用凌特公司LT1568芯片來完成，它是一個低噪聲、精準(zhǔn)RC濾波器單元式部件，并且它還提供了100kHz~10MHz截止頻率的低通和帶通濾波器的簡單解決方案，對于UHF RFID系統(tǒng)中常用的250kHz~4MHz信號頻譜，這些截止頻率完全可以滿足RFID通信的需要。在該系統(tǒng)設(shè)計中，采用了兩個LT1568芯片連接成雙通道、四階濾波電路。其中LT1568濾波器的單端輸入至差分輸出轉(zhuǎn)換增益為6dB，阻帶衰減為34dB。I和Q濾波器匹配由LT1568的A和B側(cè)的固有匹配進(jìn)行保證，實(shí)現(xiàn)了一個橢圓低通濾波函數(shù)功能。電路如圖3所示。

摘要：為了滿足現(xiàn)有和新興RFID標(biāo)準(zhǔn)的要求，設(shè)計了一種以MSC1211單片機(jī)為控制核心的高頻RFID接收系統(tǒng)。介紹了MSC1211單片機(jī)的特點(diǎn)與性能，闡述了RFID接收系統(tǒng)基帶電路的工作原理，敘述了接收器的程序設(shè)計方法并給出了程序流程圖。
關(guān)鍵詞：RFID;MSC1211;濾波;放大器

1引言

射頻識別技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification，）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性進(jìn)行的非接觸雙向通信，數(shù)據(jù)交換不是通過電流的觸點(diǎn)接通而是通過電場與磁場，即通過無線的方式通信，實(shí)現(xiàn)對靜止或移動物體的自動識別。目前我國對于RFID技術(shù)的研究仍然停留在低頻RFID領(lǐng)域的初級階段，其低頻RFID接收器存在識別距離近、精度低、功耗大以及抗干擾差等缺點(diǎn)。為了適用于要求識別距離長、讀寫數(shù)據(jù)率高、抗干擾性強(qiáng)的各種場合，我們設(shè)計了一種高性能的超高頻率射頻識別接收系統(tǒng)。該系統(tǒng)可直接轉(zhuǎn)換解調(diào)800MHzZH至1.5GHz的頻率范圍，完全覆蓋了RFID閱讀器所使用的UHF頻段，并在射頻接收電路中采用了4片功耗低、高精度、強(qiáng)抗干擾性的凌特芯片，達(dá)到了簡化系統(tǒng)電路的目的，提高了接收系統(tǒng)的可靠性。

2接收系統(tǒng)整體設(shè)計

射頻識別接收系統(tǒng)主要功能是接收和解碼電子標(biāo)簽的代碼信息并加以處理，因此接收系統(tǒng)主要由信號接收電路、放大電路、低通濾波電路與信息處理單元MSC1211四部分組成，其中信號接收電路、放大電路、低通濾波電路構(gòu)成了射頻接收系統(tǒng)的基帶電路。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接收系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，發(fā)送器與接收器所共用的天線負(fù)責(zé)檢測RF載波并通過一個帶通濾波器將信號傳送至解調(diào)器的RF輸入，解調(diào)器將信號解調(diào)后送入運(yùn)算放大器放大輸出，再用于驅(qū)動低通濾波器的單端輸入，低通濾波器對信號進(jìn)行基帶濾波處理后送入MSC1211單片機(jī)的A/D引腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.1 MSC1211單片機(jī)

MSC1211單片機(jī)是美國德州儀器公司最新推出的集成數(shù)字/模擬混合信號的高性能芯片，具有很高的計算速度，時鐘頻率達(dá)到33MHZ，降低了系統(tǒng)噪聲和電源功耗，提高了對接收的信號射頻數(shù)據(jù)處理能力；MSC1211內(nèi)部集成了一個24位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使A/D轉(zhuǎn)換精度達(dá)到24位，提高了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的精確度。MSC1211芯片是整個系統(tǒng)的控制核心，其主要功能是負(fù)責(zé)對來自多個標(biāo)簽的接收信號進(jìn)行分析處理，并提供附加的濾波處理。

2.2 解調(diào)器與運(yùn)算放大器

RF解調(diào)器采用了凌特公司的LT5516芯片，該芯片直接轉(zhuǎn)換解調(diào)器800MHzZH至1.5GHz的頻率范圍。LT5516超群的線性提供了對低電平信號的高靈敏度，即使在很大的干擾信號下也不會受到影響。運(yùn)算放大器采用了凌特公司的LT6231芯片，該芯片起一個差分至單端放大器的作用，用于驅(qū)動低通濾波器的單端輸入。LT5516的差分I或Q輸出轉(zhuǎn)換為一個單端輸出的LT6231差分放大器。電路如圖2所示。

圖2 基帶接口電路

由圖2可知，在60Ω電阻器的兩端增設(shè)270pF外部電容可將解調(diào)器的輸出限制為10MHz，以防止任何高頻干擾傳送至LT6231放大器。由于幅移鍵控RFID信號無需DC偶合，因此對基帶放大器采用了AC偶合。其中 AC偶合電容器和放大器輸入電阻器提供的高通極點(diǎn)被設(shè)定為8kHz，差分放大器的輸入電阻其電阻值被設(shè)定為140Ω，可以最大限度地降低與輸入相關(guān)的噪聲。

2.3低通濾波電路

模擬基帶濾波處理采用凌特公司LT1568芯片來完成，它是一個低噪聲、精準(zhǔn)RC濾波器單元式部件，并且它還提供了100kHz~10MHz截止頻率的低通和帶通濾波器的簡單解決方案，對于UHF RFID系統(tǒng)中常用的250kHz~4MHz信號頻譜，這些截止頻率完全可以滿足RFID通信的需要。在該系統(tǒng)設(shè)計中，采用了兩個LT1568芯片連接成雙通道、四階濾波電路。其中LT1568濾波器的單端輸入至差分輸出轉(zhuǎn)換增益為6dB，阻帶衰減為34dB。I和Q濾波器匹配由LT1568的A和B側(cè)的固有匹配進(jìn)行保證，實(shí)現(xiàn)了一個橢圓低通濾波函數(shù)功能。電路如圖3所示。