【文章內(nèi)容簡介】 信號給無源標簽供電，無源標簽接受功率后給讀寫發(fā)送返回信號。標簽通過反向散射調(diào)制載波信號實現(xiàn)信息的傳遞。 對于讀寫器讀寫必須采用一種編碼格式這樣才能順利的使得無線信號能夠攜帶通信數(shù)據(jù)。一般我們所采用的編碼格式是 FM0或者是 millermodulatede 的編碼格式。對 FM0 和 Millermodulate 副載波調(diào)制信號進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)兩種編碼在直流狀態(tài)均不帶有任何能量。由于標簽沒有單邊帶的調(diào)制功能，使得標簽只能通過雙邊帶信號來返回信號，射頻信號的帶寬為基帶信號的兩倍左右 。 UHF RFID 系統(tǒng)的信道分析 實際通信過程中，無線通信時會受到很多因素的影響，比如說：路徑損耗、多徑衰落、多普勒效應(yīng)等。但由于實際過程中，標簽和讀寫器之間的相對運動哪怕很快，但是其帶給系統(tǒng)的影響仍是很小，我們基本可以忽略不計，所以，UHF RFID 在實際通信過程中，對其造成很大影響的因素主要是路徑上的損耗造成的，所以我們只要分析路徑上的損耗，就可以近似的估算出 UHF RFID 在實際通信過程中的損耗值大致是多少。 2)4( dP ??? （這是我查得得 UFH RFID 無線通信系統(tǒng)的傳輸通道的功率損耗） ? 是無線脈沖的波長， d 是標簽和讀寫器之間的距離，對于我們本次實驗過 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 程中用到的 UHF RFID 系統(tǒng)，它的工作頻率在 950MHZ ，標簽和讀寫器之間的距離大概在 1~10m 之間。 mfC 103 68 ?????? （其中 C是光在真空中的標準速度 sm8103? ） ]52,32[)4log (20 ??? dp dB ?? 查閱公式可得標簽接受到的功率的公式如下所示： tagEIRPr GLPP ??? 其中，在中國國家關(guān)于 UHF RFID 的頻率規(guī)范中規(guī)定了， dBmPEIRP 36? ，另外， tagG 為無源標簽接受功率增益，我們可以假設(shè)其為 0. ]5,16[ ????? dB itagdBdB mE I R Pr GLPP （無源標簽接收到的功率） 另外，查閱資料可得讀寫器接收機前端接收到的功率的公式是： rrrr GLPP ???? ?, ? 為無源標簽 散射回去的能量和無源標簽接受到的能量的比值，一般為%20 左右，所以， ?? 。 rG 為讀寫器的功率增益，典型的大小是 6dBi。 ]28,68[67, ???????? dBd B mrd B mrr LPP （讀寫器接收機前端接收到的功率） 因此，當我們的閱讀距離在 d=10m 時要求讀寫器接受機的接受靈敏度 68dBm。 UHF RFID 讀寫器載波泄露系統(tǒng)分析 UHF RFID 讀寫器接收到的信號和它反向散射回的信號的頻率是相同的，另 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 外，由于標簽是不帶有電源部分的，所以 RFID 讀寫器中的發(fā)射模塊會一直向無源標簽發(fā)射沒有經(jīng)過調(diào)制的載波信號，然后無源標簽對接收到的這些未調(diào)制信號進行整流得到電源，所以，讀寫器發(fā)射機即使不在發(fā)射調(diào)制信號時信號它也必須給無源標簽發(fā)射連續(xù)的未調(diào)制信號來給無源標簽提供能量，因此，使得接收機前端存在很大的載波泄露。這么多的載波泄露會導(dǎo)致讀寫器接收機前 端電路中出現(xiàn)信號阻塞，進而影響從無源標簽反射回來的信號的放大和其線性度。同時，限制了射頻前端的增益要在 0dB 一下。 下面我們來進行對于不同天線所構(gòu)成的讀寫器的結(jié)構(gòu)中載波泄露進行定量分析： 圖 雙天線讀寫器 如上圖 所示，在雙天線系統(tǒng)中，讀寫器的 TX 和 RX 兩者之間的隔離度相差大概為 25dBm， TX 發(fā)射的功率為 30dBm 左右，所以，在雙天線系統(tǒng)中，存在于接收機部分的載波泄露為 3025=5dBM 左右。 如下圖 所示，在用環(huán)形器做的讀寫器系統(tǒng)中，由圖中可知，在環(huán)形器中，信號的傳播方向為： B A、 A C、 C B，而天線和環(huán)形器連接是 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 通過連接端口連接的，存在損耗，大約為 ，同時，環(huán)形器起到的作用是將信號的反向通道進行隔離，即： B C、 C A、 A B 所構(gòu)成方向的信號傳輸通道進行隔離，隔離大小一般在 25~30dB。所以，讀寫器 RX 前端存在的載波泄露信號的大小就小于 5dB。 圖 用環(huán)形器做隔離的讀寫器系統(tǒng) 本小節(jié)總結(jié)如下：在雙天線構(gòu)成的讀寫器系統(tǒng)中，由于需要兩個天線，成本相對較高，同時它對抑制載波泄露所起到的作用又不盡如人意，所以不 能采用此結(jié)構(gòu)，另外，在用環(huán)形器做的讀寫器結(jié)構(gòu)中，雖然環(huán)形器的體積較大，但是它在抑制載波泄露方面所起到的作用還是比較讓人滿意的，所以，我們最終決定，在發(fā)射機和讀寫機前端采用環(huán)形器構(gòu)成接收機前端以抑制載波泄露。 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第三章 載波消除電路的設(shè)計與分析 、 電路設(shè)計的難點分析 載波消除電路的設(shè)計是為了能夠消除在讀寫器接收機前端出現(xiàn)泄露載波，實現(xiàn)微弱的信號在很大的共模輸入下的放大，對其電路設(shè)計的難點分析如下。 (1) 在載波消除電路中存在兩種信號，一個是讀寫器泄露的載波信號，還一個就是接受信號。由于讀寫器接收到的 信號的頻率和它發(fā)射出的信號的頻率的大小必須是相同的，所以對于這樣的信號頻率是相同的系統(tǒng)，我們不能采用比較簡單的濾波方法進行濾波，另外在系統(tǒng)穩(wěn)定工作的情況下，這兩個信號的幅值和相位也還是基本相同的，同時，信號所帶有的能量也很高，因此，為了能夠讓后面的電路正常工作我們必須使得載波消除電路的共模抑制比很大，這樣后面的電路的線性度才會好。 (2) 在載波消除電路中，它的差分輸入端的兩個輸入信號，我們不僅需要實現(xiàn)對這兩個輸入信號中其的載波泄露信號的消除，同時我們還需要使我設(shè)計的載波消除電路能夠?qū)臒o源標簽接受到的攜帶 有數(shù)據(jù)的返回信號進行放大。但是由于此時輸入信號中存在有大量的共模能量，高達 5dBm 左右，很難讓這個目標得到實現(xiàn)。 、 載波消除電路的分析介紹 如下圖 所示，這是我們初步設(shè)計出的載波消除電路圖，其中 M1 和 M2起到的作用是差分放大電路的作用，對共模信號進行抑制，同時， M1 和 M2又分別與 M3 和 M4構(gòu)成共源共柵級結(jié)構(gòu)，來提高整個電路的方向隔離度。圖中， dC 和dL 構(gòu)成了這個電路的諧振負載，對電路的頻率選擇有一定的作用，同時，由于電容和電感在直流狀態(tài)下是不起作用的，所以，當電路工作在直流狀態(tài)下時，不會消耗電路的電壓裕度。 M M M M8 構(gòu)成了具有偏置作用的電路，而 M9 MOSS 管和 M10 MOSS 管則組成了類似電容器的結(jié)構(gòu)，起到電容的作用，這樣它們就可以給這個整個電路提供了兩個具有電容作用的 MOSS管，它們起電容的作用，這樣就可以使得起偏置作用的電路中的可能存在的噪聲得到濾除而使得電路中的信號較為的純凈。 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 載波消除電路的原理圖 由于兩個 輸入共模信號的能量較大，大約為 5dBm，所以，要使得能夠正常工作，我們必須讓兩個輸入對管 M1 和 M2 工作在飽和區(qū)，所以 M1 和 M2 的偏置電壓計算如下： vVVVVV inpMdMTHMd ,1,1,5, ?????????偏置 另外，為了使得當輸入信號最大的情況下，我們還要保證電路不能工作在線性放大區(qū)，所以，有關(guān)計算如下分析： VVVVV MTHPMG 1in1 ????? ，，漏斷電壓 所以 M1和 M2的漏端電壓必須大于等于 。 由于 M3和 M4是直接接到了電源上，所以我們 需要保證 M3 和 M4 不能進入線性放大區(qū)，所以我們要求 M3 和 M4 的偏置能夠越高越好，這樣才能符合我們的設(shè)計要求。同時，由于電路的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致輸出電壓的幅度被限制在 M3 和 M4 的 蘇州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 閥值電壓以內(nèi)，而本次這兩個 MOS 管的閥值電壓都比較低，所以，對于從無源標簽接受到的信號即使進過了我們的放大處理，它的大小還是比較弱的。 另外， M3和 M4 的作用是使得整個電路的整個的反向隔離度得以提升，我們這個電路實現(xiàn)這個目標的方法是通過共源管的輸入到輸出電路的電壓增益，從而降低 MILLER 效應(yīng)