一种基于FPGA的无线射频读卡器开发与设计

作者：时间：2012-03-14 来源：网络收藏

在接收数据时，读卡器发射连续载波（未调制），以便为标签提供电源。在收到请求后，电子标签通过对载波进行调幅，响应一个码流。所采用的调制方式为幅移键控（ASK）或者反相-幅移键控键控（PR-ASK）。解调器带有两个正交移相检出式输出端口，因此具备天然的分集接收功能。如果由于多路或相位取消导致某个通道无法接收信号，另一条通道（移相90度）就可接收较强的信号，反之亦然。这样，整体接收可靠性就得以提高。

一旦解调完成，即可将I（相内）和Q（正交相位）差分输出信号以AC方式耦合至一个运算放大器（被配置为一个差分放大器），随后被转换为单端输出信号。这个时候应将高通角频率设置为5KHz，低于接收数据流的最小信号频率，高于最大多普勒频率（可能被运动标签采用），同时保持高于电力线频率（60Hz）。这样，输出信号就能利用被配置为四阶低通的LT1568顺利穿过低通滤波器。低通角频率应被设置为5MHz，以便最大码流信号穿过滤波器，达到基带。

基带信号然后被一个双路低功耗模数转换器（LTC2291，分辨率为12位）进行数字化处理。由于标签码流的带宽为5KHz至5MHz，LTC2291能够以25MSps的速率进行充分的采样，从而精确地捕获解调信号。在需要的时候，还可在基带DSP中实现额外的数字滤波。这样，接收器就能具备最大的逻辑阈值设置灵活性，该设置可由基带处理器以数字化方式执行。

基带任务和数字化射频信道化处理，可提高用全FPGA解决方案实现的吸引力和集成度。

高动态范围射频发射器设计

发射器集成了一个镜像抑制直接转换式调制器。LT5568具备很高的线性度和较低的背景噪声，因此能够为所发射的信号提供出色的动态范围性能。调制器能够从数模转换器（DAC）接收正交式基带I和Q信号，然后直接调制至900MHz发射频率。

在内部，LO（本地振荡器）被精确正交移相器分割。经调制的射频信号被合并为一个单端、单边带射频输出信号（镜像被抑制了46dBc）。此外，调制器还带有匹配的I和Q混合器，从而最大限度地抑制了LO载波信号（至-43dBm）。

复合调制电路具备出色的邻道功率比（ACPR），有助于满足发射频率屏蔽要求。例如，当调制器射频输出电平为-8dBm时，ACPR指标优于-60dBc。由于具备更出色的ACPR性能，信号可被放大至许可的1w功率（在美国为+30dBm），或者放大至2w，以符合欧盟规范。在上述两种情况下，重要的是保持电平固定，因为该电平用于向电子标签提供电源，并最大化读卡距离。LTC5505型射频功率检测器的内部温度补偿功能，可准确地测定功率，提供稳定的反馈信号，以调节射频功率放大器的输出功率。

基带处理和网络接口

在基带频率上，FPGA执行发送至DAC和来自模数转换器（ADC）的波形的信道化任务。这一过程也被称为数字中频处理，涉及滤波、增益控制、频率转换和采样率变化等。FPGA甚至可以并行处理多个信道。