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基于FPGA的无线射频读卡器开发与设计

来源:网络  作者:Niladri Roy  发布时间:2008-03-19 14:18:51  字体:[ ]

关键字:fpga  射频读卡器  读卡器  

摘   要:射频读卡器很可能具备前端 DSP功能,譬如射频协议处理等。如今,这些功能在独立式DSP中进行处理,将来,它们很有可能被集成于FPGA。


    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。 

基于FPGA的无线射频读卡器开发与设计

    图2显示了一个射频读卡器的架构。其他基带处理任务包括: 

    先导字段检测 
    排序估计 
    调制和解调(ASK、频移键控和相移键控) 
    信号产生 
    相关器处理 
    峰值检测和阈值设定 
    CRC纠错和校验和 
    编码和解码(NRZ、Manchester、单极性、差分双极性和Miller) 
    帧检测 
    ID去扰 
    安全加密引擎

    所收到的RFID标签数据可通过串口或网络接口被传送至企业系统服务器。这种传统的架构正逐步演变为一个高级分布式 TCP/IP 网络的一个部分。在该网络中,射频读卡器将负责管理临近的标签。在这种情况下,射频读卡器就象是电子标签和连接至企业软件系统的智化分布式数据库之间的网关。

    取决于硬件/软件功能分区情况,这些基带任务即可在FPGA上完成,也可在DSP上完成,或者由二者联合执行。Xilinx公司推出了一个IP内核套件,其中包括FIR、CIC、DDS、DUC、DDC、比特相关器、正弦/余弦LUT等。这些逻辑电路非常适合执行加密引擎任务(加密引擎采用移位寄存器和XOR)。针对Xilinx® VirtexTM-4系列的DSP48引擎十分适合执行其他信号处理任务。

    一个基带处理器负责控制各种基带处理任务的功能性和调度,还负责链路层协议。这些基带处理任务包括跳频、发送前侦听、防冲突算法处理等。基带处理器还提供了以太网、USB、固件等接口。

    基带任务和数字化射频信道化处理,可提高全FPGA解决方案的吸引力和集成度。FGPA功能、DSP功能,以及基带处理功能,都可被整合于一个带有嵌入式处理器的FPGA。 

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