RFID系统中的电感耦合与电磁方向散射工作方式
射频前端(模拟前端)电路主要有电感耦合和微波电磁反向散射两种工作方式。这两种方式的工作原理和工作频率都不相同,电感耦合工作方式主要工作在低频和高频频段,而电磁反向散射工作方式主要工作在微波波段。
1.电感耦合工作方式的射频前端
当电子标签进入读写器产生的磁场区域后,电子标签通过与读写器电感耦合产生交变电压。该交变电压通过整流、滤波和稳压后,给电子标签的芯片提供所需的直流电压。
当电子标签与读写器的距离足够近时,电子标签的线圈上就会产生感应电压,RFID电感耦合系统的电子标签主要是无源的,电子标签获得的能量可以使标签开始工作。
2.电磁反向散射工作方式的射频前端
当电子标签采用电磁反向散射的工作方式时,射频前端有发送电路、接收电路和公共电路 3部分。
(1)射频前端发送电路
发送电路的主要功能是对控制部分输出的数字基带信号进行处理,然后通过电子标签的天线将信息发送给读写器。发送电路主要由调制电路、上变频混频器、带通滤波器和功率放大器构成。
① 调制电路
调制电路主要是对数字基带信号进行调制。
② 上变频混频器
上变频混频器对调制好的信号进行混频,将频率搬移到射频频段。
③ 带通滤波器
带通滤波器对射频信号进行滤波,滤除通带外的功率。
④ 功率放大器
功率放大器对信号进行功率放大,放大后的信号将送到天线,由天线辐射出去。
(2)射频前端接收电路
接收电路的主要功能是对天线接收到的已调信号进行解调,恢复出数字基带信号,然后送到电子标签的控制部分。接收电路主要由滤波器、放大器、混频器和电压比较器构成,用来完成包络产生和检波的功能。
包络产生电路的主要功能是对射频信号进行包络检波,将信号从频带搬移到基带,提取出ASK调制信号包络。经过包络检波后,信号还会存在一些高频成分,需要进一步滤波,使信号曲线变得光滑,然后将滤波后的信号通过电压比较器,恢复出原来的数字信号,这就是检波电路的功能。
① 射频滤波电路。由天线接收的信号,经过滤波器对射频频率进行滤波,滤除不需要的频率。
② 放大器。放大器对接收到的微小射频信号进行放大。
③ 下变频混频器。下变频混频器对射频信号进行混频,将频率搬移到中频。
④ 中频滤波电路。经过滤波器对中频频率进行滤波,滤除不需要的频率。
⑤ 电压比较器。通过电压比较器,恢复出原来的数字信号。
3.公共电路
公共电路是射频发送和射频接收共同涉及的电路,包括电源产生电路、限制幅度电路、时钟恢复电路和复位电路等。
(1)电源产生电路。电子标签一般为无源标签,需要从读写器获得能量。电子标签的天线从读写器的辐射场中获取交变信号,该交变信号需要一个整流电路将其转化为直流电源。
(2)限幅电路。交变信号整流转化为直流电源后,幅度需要限制,幅度不能高过三极管和MOS管的击穿电压,否则器件会损坏。
(3)时钟恢复电路。电子标签内部一般没有设置额外的振荡电路,时钟由接收到的电磁信号恢复产生。时钟恢复电路首先将恢复出与接收信号频率相同的时钟信号,然后再通过分频器进行分频,得到其他频率的时钟信号。
(4)复位电路。复位电路可以使电源电压保持在一定的电压值区间。电源电压首先有一个参考电压值,以这个参考电压值为基准,电源电压可以在一定的范围内波动。如果电源电压超出这个允许的波动范围,就需要复位。
复位电路有上电复位和下电复位两种功能。当电源电压升高,但仍小于波动允许的范围时,复位信号仍然为低电平;当电源电压升高,而且超过波动允许的范围时,复位信号跳变为高,这就是上电复位信号。当电源电压降低,但仍小于波动允许的范围时,复位信号仍然为高电平;当电源电压降低,而且超过波动允许的范围时,复位信号跳变为低,这就是下电复位信号。上电复位和下电复位是针对系统可能出现的意外而设置的保护措施。
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