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摘要: 根据UH F RFID阅读器实现的IQ 两路正交调制解调的零中频方案， 设计和实现了阅读器基带处理芯片接收端电路，包括电路总体结构及解调器、解码器等关键模块的设计， 完成其RTL设计、仿真及FPGA原型验证。该设计在物理层数据编码、调制方式及其他关键技术进行了改进， 性能上有很大的提高。
UHF RFID技术将广泛应用于各个行业领域， 可靠的阅读器是UHF RFID系统的重要组成部分， 而基带处理芯片能够为阅读器设计提供基带信号处理解决方案。结合UHF RFID技术本身所固有的特点， 本文的阅读器设计采用了IQ 两路正交调制解调的零中频方案。整个阅读器由射频前端和基带处理两个部分组成， 射频前端对发送基带信号进行上变频和功率放大等处理后发射给电子标签， 然后在接收到标签的返回信号时， 对接收信号进行放大、滤波、下变频等处理后将基带信号传输给基带处理芯片。
本文介绍基于ISO / IEC 18000 6C 协议的UHF RF ID阅读器基带处理芯片接收端电路的设计， 该电路可以与基带处理发送端、中央处理器( CPU )集成， 共同构成整个基带处理芯片。
1 电路总体结构
UHF RFID阅读器基带处理接收端电路的总体结构如图1所示， 主要包括输入基带信号低通滤波器、解调器、解码器、数据串并转换模块、信息传递接口(MPI)模块和接收机控制模块六个功能模块。
从ADC 采样进来的两路基带正交信号i_data i和i_dataq首先经过低通滤波器FIR _ filter进行滤波， 以便后级电路对信号进行处理。
UHF RFID阅读器基带处理接收端电路框图
图1 UHF RFID阅读器基带处理接收端电路框图
滤波后的I和Q信号进入解调器demodu lator， 调制方式自动识别子模块mode_d iscrim inator首先识别接收信号的调制方式， 之后选择对接收信号进行ASK或者PSK 解调得到没有实现位同步的信号， 最后位同步子模块bit_synchrono izer从该信号提取出位同步时钟并判决得到同步二进制数据流。解调后数据流与提取出来的同步时钟脉冲一起输出到解码器decoder， 按照FM0或M iller编码规则对数据进行解码，同时检查编码规则并对编码规则错误进行计数。若没有出现编码规则错误， 还将在CRC 校验子模块crc_verifier中对解码后的数据进行CRC 16校验。
解码出来的信号是串行的， 而在信息传递接口模块rx_mp i中的接收缓存是并行输入的， 所以将数据存入缓存中之前由数据串并转换模块serial_to_para lle l完成串行数据转换为并行数据。该模块产生接收缓存的写数据、写地址和写使能信号， 并对接收到的数据进行计数， 计数结果放在rx_mp i中指定的寄存器中供CPU 查询。数据串并转换模块同时检测缓存是否溢出并给出缓存溢出错误标志信号，在每一帧数据结束处给出帧结束脉冲信号。
信息传递接口模块rx_mp i主要负责基带处理电路(包括接收端、发送端)和CPU 之间的数据通信。
该模块首先把接收到的数据写入接收缓存中， 并在结束时置数据准备好标志寄存器DATA _RDY 有效(在出现帧起始检测发生超时错误时也置数据准备好标志寄存器DATA _RDY 有效)以通知CPU 取走数据，同时寄存各种错误标志信号和错误计数值到相应寄存器供CPU 查询。除此， rx _mp i还负责接收来自CPU的指令信息并配置相应的控制寄存器。
接收机控制模块receiver_ctrl是接收部分的中央控制模块， 根据控制寄存器中的配置信息输出各个模块需要的控制信号， 用以配置各个功能模块的工作模式。
2 解调器设计
解调器主要包括ASK 解调、PSK解调、解调模式识别和位同步四个子模块。解调模式识别子模块根据CPU 的配置或接收信号的特征决定采用ASK 或PSK 解调方法对信号进行解调， 位同步子模块从接收数据中提取位时钟信号用来重新同步接收数据。
2. 1 ASK解调子模块
当阅读器接收来自电子标签的信号采用ASK调制时， 接收信号可以用如下表达式表示:
式中， am 为输入码元， 取0或1; g ( n - m )是幅度为1、宽度为单个码元持续时间的波形函数; 接收信号的载波频率ω‘c与接收机本地载波频率ωc 存在频率偏移， 且两者之间还有相位差△φ， 与阅读器发射天线和电子标签之间的距离有关; n0 为接收到的加性噪声。
一般的ASK解调在对S ( n )进行正交分解得同相和正交分量I 和Q 后， 求其平方和与开方。可得：
即: 对A ( n )进行抽取判决， 便可以恢复出码元信号。
本文根据UHF RFID 技术的特殊性， 采用如下方法对ASK 调制信号进行解调: 虽然I’和Q‘随着阅读器与标签之间距离的改变而变化， 变化时强时弱，但是I’和Q‘具有功率互补性， 即在I’最弱的时候Q‘最强或者相反。根据这个特点， 本文在每帧标签返回信号的帧前导序列出现时比较I’和Q‘的强度， 然后选择信号比较强的一路分量进行判决。
ASK 解调示意图
图2 ASK 解调示意图
来源：维库电子市场网
