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射频识别技术作为一种自动识别技术,近几年得到了迅速的发展。特别是甚高频的无源射频识别技术,在后勤补给、交通运输、供应链以及门禁控制上有着非常广泛的应用前景。但是要达到实际应用中的要求,还需要解决一些挑战性的关键技术。高性能的射频识别阅读器设计是其中之一。
本文以设计一款远距离的射频识别阅读器为出发点,从系统的角度,在对阅读器相关电磁学以及通信理论进行了全面分析和理解的基础上,采用自顶向下的研究方式,利用层次化、结构化的设计方法,将设计目标逐个分解细分,使得抽象系统级模块最后能具体到可以实现的电路元件。在细化的过程中不断通过理论分析和仿真相结合来加深影响系统性能的关键因素的理解,以指导具体实施以及调试工作。
具体来讲,本文首先将阅读器分为四个独立的模块:射频通道、基带处理、主控单元以及上位机控制软件。各个模块相互独立,外部通过相应接口相连,增加了设计的灵活性,并降低了实现难度。
在设计好四个模块之间的接口定义之后,紧接着是模块内部的功能细化,首先将射频通道细化为接收和发射两个部分,结合发射和接收机理论,综合比较阅读器中常用的(环行器、六端口、双天线)等架构,确定出最终的环行器方案。
考虑到系统的频带利用率,为了降低干扰,通过比较采用开关调制、衰减器调制以及可控增益放大器调制对输出频谱的影响对后选择了可控增益放大器作为调制最终实现方案。为了提高接收灵敏度和抗干扰性能,选用了I/Q混频解调。在具体的器件选型过程中,参考依据主要是和射频识别性能影响因素相关的器件参数,譬如本振选用是需要相位噪声小,频率精度高,混频器需要输入1dB压缩点大等。
其次是将基带处理、主控单元和上位机控制软件进行相应类似的设计,由模块逐步细化到可以实现的源代码,侧重讲解了主控单元中MCU与FPGA通信模块实现以及基带处理部分FM0解码实现。标签防冲突采用了二进制树形搜索机制,并在FM0解码中提出切合实际的解决方案,大大提高了解码的成功率。