利用ADI公司的解决方案开发UHF RFID读取器RF前端
作者：van yang, eagle zhang, and aaron he
超高频射频识别（uhf rfid）系统已广泛应用于资产管理和服装零售等应用。最近，它们在无人超市应用和机动车辆的电子识别方面受到关注。本文介绍adi公司基于信号链的uhf rfid读取器rf前端的两种实现方案。一种基于adf9010和ad9963，另一种基于ad9361。本文重点介绍我国机动车电子识别的目标应用，该应用必须符合中国标准gb/t 29768-2013《信息技术—射频识别—800/900 mhz空中接口协议》1和gb/t 35786-2017《机动车电子识别读写设备通用规范》。2 与分立式双元件实现方案相比，这种基于ad9361的解决方案大大降低了设计复杂性、元件数量和电路板空间，并牺牲了接收器灵敏度下降。虽然本文中描述的rf前端是特定于应用的，但分析方法和前端本身都适用于通用uhf rfid读取器解决方案。
标准摘要
根据gb/t 29768-2013和gb/t 35786-2017有关机动车辆电子识别的标准，表1至表3总结了这些应用的关键空中接口参数和高性能2型阅读器的性能要求。
参数 描述
频率范围 920兆赫至~925兆赫
占用带宽 （obw） 250千赫
信道中心频率 920.125 + 0.25 n （0 ≤ n ≤ 19） mhz
相邻通道泄漏比 （aclr） 相邻通道：<–40 db
备用通道：<–60 db
读取器最大 erp 通道 0 和通道 19 为
20 dbm 从通道 1 到通道 18 时为 33 dbm
读卡器带外发射 见表2
调制类型 dsb-ask， ssb-ask
调制深度 30% 至 ~100%
数据编码 截断脉冲位置 （tpp）
塔里 6.25 微秒或 12.5 微秒
频率范围 限值（分贝） 测量带宽 检测器模式
最大输出功率模式
30 兆赫至 ~1 千兆赫 –36 100千赫 有效值
1 ghz 至 ~12.75 ghz –30 1兆赫
806兆赫至~821兆赫 825兆赫至~835兆赫 851兆赫至~866兆赫 870兆赫至~880兆赫
885兆赫至~915兆赫
930兆赫至~960兆赫 –52 100千赫
1.7 ghz 至 ~2.2 ghz –47 100千赫
待机模式
30 兆赫至 ~1 千兆赫 –57 100千赫
1 ghz 至 ~12.75 ghz –47 100千赫
项目 限制
接收器灵敏度 ≤–65 分贝
静态模式下的读取距离 ≥25 米
静态模式下的写入距离 ≥12 米
动态识别性能 车速≤ 150 km/h：
成功读取芯片标识符数据库和车辆登记数据库中
的信息 150 km/h < 车速 ≤ 200 km/h：
成功读取芯片标识符数据库中的信息
系统链路预算分析
无源rfid系统有两个基本的链路限制：正向链路通常受最小rf至直流功率的限制，以供应标签电子设备，反向链路受读卡器接收器灵敏度的限制。正向和反向链路预算公式3, 4在公式1至公式3中描述：
prip：标签接收各向同性功率
ptx：读取器发射功率 gtx：读取器发射天线增益 gtag：标签天线增益 fspl：自由空间通路损耗
prx：读卡器接收信号功率
grx：读卡器接收天线增益
ƞ国防部： 标签调制效率
d： 读取器和标签
之间的距离 λ： 自由空间中的信号波长
根据gb/t 35786-2017第6.2节和第6.5.2.2节的定义，ptx为30 dbm，馈线电缆插入损耗小于1 db，因此实际ptx约为29 dbm。现场测试中使用了10 dbi至12 dbi增益的天线，因此假设gtx为12 dbi。至于grx，在机动车辆的电子识别应用中，阅读器通常使用单站配置，而读取器处使用单个天线进行发射和接收，因此grx = gtx = 12 dbi。标签天线通常类似于偶极子，假设gtag = 2 dbi是合理的。ƞ国防部表示标签的调制效率，这取决于标签天线匹配和调制过程中发生的标签阻抗偏移，可以合理地假设ƞ国防部= –8 分贝。中心频率为 922.5 mhz，因此 λ = 0.33 m。图1所示的系统链路预算基于前面描述的公式和参数。
图1.正向和反向链路预算计算。
为了支持标准中定义的 25 米链路范围，标签灵敏度应优于 –18.7 dbm，读取器灵敏度应优于 –70.4 dbm。在标准中，标签灵敏度要求定义为–18 dbm，这与分析结果非常吻合。但是，读取器灵敏度要求定义为–65 dbm，与分析结果相比，存在相当大的偏差。这种偏差可能来自标签天线增益值。在机动车的电子识别应用中，没有必要将标签天线设计成全向的。添加反射器将产生额外的3 db安滕纳增益。由于标签天线增益（gtag）在公式2中是平方的，因此读取器灵敏度分析结果将增加6 db，达到–64.4 dbm。在这种情况下，分析结果将与标准要求相匹配。
uhf rfid 阅读器中的自干扰器
在uhf rfid系统中，读取器发送连续波（cw）信号为无源标签供电，同时以相同的频率接收来自标签的反向散射信号。由于发射器与接收器之间的隔离性差，强cw信号以及相关的发射器噪声会泄漏到接收器中。通常这种泄漏信号称为自干扰器（sj）信号，这种自干扰信号会降低阅读器的灵敏度。
在用于机动车辆电子识别的rfid阅读器中，定向耦合器通常用作发射器和接收器的双工器。sj信号的发生主要是由于天线的反射，定向耦合器的有限隔离以及连接到耦合器端口的电路的反射。
为了克服这个sj信号问题，可以使用两种方法。第一种是在接收器lna之前设计一个自干扰器消除（sjc）电路。第二种方法是使用直接变频接收器架构，同时使用发射器和接收器使用的相同本振（lo）。在这种情况下，自干扰信号将在基带处转换为直流，然后直流隔电容将用于信号的交流耦合。在此直流阻塞点之后，sj信号被移除，后续元件的动态范围要求被放宽。这意味着基带上可以增加足够的增益来降低接收器噪声系数（nf）。这两种方法可以单独使用，也可以组合使用。典型的sjc电路如图2所示。5
图2.典型的自干扰器消除电路。
读取器关键射频性能分析
包含uhf rfid读取器的sjc电路rf前端框图如图3所示。adi公司的ad9963集成了双通道dac和双通道adc。adf9010集成了发射器调制器、pll/vco以及接收器基带滤波器和pga。解调器adl5382包含在adf9010评估板中。adl5523用作lna，因为它具有低噪声系数、高增益和高线性度。75 db高动态范围rf检波器lt5538适用于sjc射频功率检波器。
图3.uhf rfid阅读器射频前端框图。
对于发射机，在数字域中，信号应经过低通滤波，以满足频域aclr要求和时域rf包络要求。在模拟域中，pa线性度和lo相位噪声都会影响aclr性能。低通滤波、tpp编码ask信号的峰均比（par）约为2 db。平均pa输出功率约为32 dbm，裕量为1 db，因此应选择p–1 db以上的pa。至于lo相位噪声，125 khz至375 khz的相位噪声积分应小于–40 dbc，375 khz至625 khz的相位噪声积分应小于–60 dbc。至于带外发射要求，需要一个rf滤波器来满足发射机谐波频率的要求。对于接近工作频率的要求，例如在915 mhz和930 mhz时要求–52 dbm的100 khz测量带宽，rf滤波器通常还没有衰减，因此调制器在0 dbm输出功率时的本底噪声要求约为–52 – 10 ×log10 （105） – 30 = –132 dbm/hz。5 mhz偏移时的相位噪声要求也应小于–132 dbc。
对于接收器，gb/t 35786-2017标准中规定的接收器灵敏度为–65 dbm。假设读卡器在所有可能的数据速率下都应满足–65 dbm的灵敏度，而640 khz的反向链路频率（blf）是最坏的情况。对于包含rfid读取器的sjc，从天线端口到sjc输出的插入损耗约为15 db，因此sjc输出点的灵敏度要求为–80 dbm，并假设标签反向散射信号功率（不包括直流）为–80 – 3 = –83 dbm。ask调制信号解调阈值约为11 db，blf 640 khz上行链路信号的信号带宽为2.56 mhz。因此，总 nf 要求为 nf ≤ –83 – （–174 + 10 × log10 （2.56 × 106） + 11） = 15.9 db。该总噪声要求包括sjc后接收器电路噪声、sjc电路引起的噪声和发射器泄漏噪声的影响。假设矢量调制器信号分支和自干扰器分支之间的延迟匹配，这意味着cw自干扰器信号和发射器泄漏噪声都被抵消。发射机漏噪声包括三部分：相位噪声、幅度噪声和白噪声。通常，幅度噪声和白噪声将被抵消到–174 dbm/hz的本底噪声。对于残余相位噪声，由于发射器和接收器使用相同的lo，由于距离相关效应，它将在下变频期间转换为直流6。假设矢量调制器支路本底噪声为 –162 dbm/hz，因此在 sjc 电路输出端，有效噪声系数为 –174 – （–162） = 12 db，则 sjc 后接收器电路的噪声系数要求为 10 × log10 （101.59– 101.2） = 13.6 分贝。
基于adf9010和ad9963的解决方案
adf9010是一款完全集成的rf发射器调制器、本振（lo）和接收器模拟基带前端，工作频率范围为840 mhz至960 mhz。ad9963是一款12位低功耗mxfe转换器，提供两个采样速率为100 msps的adc通道和两个采样速率为170 msps的dac通道。®
使用adf9010和ad9963实现uhf rfid阅读器rf前端的框图如图4所示。adl5523与adl5382级联的噪声系数小于3 db，adl5382和adf9010接收器增益设置为24 db。
图4.采用adf9010和ad9963的uhf rfid读取器rf前端。
为了实现uhf rfid读取器rf前端，本文构建了包含自适应sjc算法的sjc板以及adf9010和ad9963板。adf9010和ad9963电路板还集成了解调器adl5382。两块板级联以测试发射和接收系统级rf性能。
对于发射测试，在python中内置了tpp编码，50%调制深度，tari设置为12.5 μs rfid下行链路波形的dsb-ask并下载到fpga板中。频谱域aclr和时域rf包络在天线端口进行测试，pa输出功率为32 dbm。测试结果如图5所示。对于aclr测试结果，相邻通道约为–42 dbc，具有2 db裕量，备用通道约为–64 dbc，具有4 db裕量。对于rf包络，纹波小于1%，与5%限值相比，具有足够的裕量，上升时间和下降时间在1 μs和8.25 μs的范围内。®
图5.测试设置照片。
对于接收测试，使用adi公司的spdt rf开关hmc545a构建标签仿真器，并由微控制器单元控制。控制模式是rfid上行链路fm0编码数据列表。ask解码程序由matlab构建。通过使用该程序对iq进行解码并将其与数据列表中的原始数据进行比较，可以计算出ber和接收器灵敏度。图6显示了接收到的iq数据和fft图。该图显示，该程序成功解码了具有320 khz blf的–74 dbm rfid上行链路信号。®
美国前交叉韧带
射频包络
图6.发射机测试结果。
图7.接收接收机数据fft图和解码数据。
使用ad9361实现前端
ad9361是一款高度集成的射频（rf）收发器，能够针对各种应用进行配置。该器件集成了在单个器件中提供所有收发器功能所需的所有射频、混合信号和数字模块。为了实现uhf rfid读取器，发射器和接收器应使用相同的lo以利用距离相关效应，因此将使用ad9361发射器监控路径，而不是正常接收器路径。ad9361发送器监控路径绕过内部lna，因此增加了外部lna，例如adi公司的adl5523。adl5523是一款高性能砷化镓phemt lna，具有0.8 db nf和21.5 db增益。图8中的框图显示了ad9361用于实现uhf rfid读取器rf前端。与分立元件方案相比，这种基于ad9361的解决方案显著简化。ad9361基带为直流耦合，而非交流耦合。在这种情况下，要求sjc电路能够将自干扰信号降低到足够低的水平（例如，小于–35 dbm），而不会使模拟电路饱和。这允许在数字域中移除自干扰器转换的直流信号。
图8.采用ad9361框图的uhf rfid读取器rf前端。
ad9361发射器监控器路径增益分布由两种增益组成：前端增益（发射器监控器增益）和接收低通滤波器增益（gbbf).发射机监视器增益可设置为 0 db、6 db 或 9.5 db。gbbf可以设置为 0 db 到 24 db，步长为 1 db。通过这种灵活的增益配置，可以轻松实现接收器agc功能。对于此 uhf rfid 读取器应用，发射器监控器增益设置为 3 db 和 gbbf选择 6 db 的设置。当ad9361增益设置为3 db时，adl5523和ad9361发射器监控端口的级联噪声系数约为12.6 db。与 13.6 db 的分析要求相比，此设置的裕量为 1 db，而如果残余自干扰器为 –35 dbm，则数字域功率为 –7 dbfs。
基于ad9361的解决方案、测试设置和结果
为了实现uhf rfid阅读器rf前端，构建了一个包含自适应sjc算法的sjc板。它与ad9361级联，以测试发射器和接收器系统级rf性能。测试设置框图和照片如图9和图10所示。
图9.测试设置框图。
图10.测试设置照片。
测试结果如图 11 所示。对于aclr测试结果，相邻通道约为–42 dbc，裕量为2 db，备用通道为–61 dbc，裕量为1 db。对于rf包络，纹波小于1%，满足5%限制的裕量要求。上升时间和下降时间在1 μs和8.25 μs的范围内。
美国前交叉韧带
射频包络
图11.发射机测试结果。
对于接收机测试，构建rfid上行链路fm0编码数据列表并将其下载到信号发生器smw200a，然后配置为smw200a以使用此数据列表发送dsb ask信号。ad9361接收到的iq数据存储在fpga板中，并使用ftp工具传输到pc。ask解码程序由matlab构建。使用此程序，将解码数据与数据列表中的原始数据进行比较，然后计算ber和接收器灵敏度。图 12 显示了 matlab 程序的 fft 图和解码数据。经测试，该程序成功解码了具有640 khz blf的–65 dbm rfid上行链路信号。
图12.接收接收机数据fft图和解码数据。
结论
本文首先总结了我国机动车电子识别标准。然后分析了uhf rfid系统级链路预算、sjc等rfid关键技术以及关键射频性能要求。最后，设置基于adf9010和ad9963的解决方案，以及基于ad9361的uhf rfid阅读器rf前端，以测试系统级性能。基于adf9010和ad9963的解决方案具有高性能和很大的裕量，可满足gb/t 29768-2013和gb/t 35786-2017的要求。基于ad9361的集成解决方案也满足了这些要求，但代价是接收器灵敏度下降，与分立式双元件方案相比，它大大简化。尽管本文中描述的rf前端是特定于应用的，但分析方法和该前端本身都适用于通用uhf rfid读取器解决方案。
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标准摘要
根据gb/t 29768-2013和gb/t 35786-2017有关机动车辆电子识别的标准，表1至表3总结了这些应用的关键空中接口参数和高性能2型阅读器的性能要求。
参数 描述
频率范围 920兆赫至~925兆赫
占用带宽 （obw） 250千赫
信道中心频率 920.125 + 0.25 n （0 ≤ n ≤ 19） mhz
相邻通道泄漏比 （aclr） 相邻通道：<–40 db
备用通道：<–60 db
读取器最大 erp 通道 0 和通道 19 为
20 dbm 从通道 1 到通道 18 时为 33 dbm
读卡器带外发射 见表2
调制类型 dsb-ask， ssb-ask
调制深度 30% 至 ~100%
数据编码 截断脉冲位置 （tpp）
塔里 6.25 微秒或 12.5 微秒
频率范围 限值（分贝） 测量带宽 检测器模式
最大输出功率模式
30 兆赫至 ~1 千兆赫 –36 100千赫 有效值
1 ghz 至 ~12.75 ghz –30 1兆赫
806兆赫至~821兆赫 825兆赫至~835兆赫 851兆赫至~866兆赫 870兆赫至~880兆赫
885兆赫至~915兆赫
930兆赫至~960兆赫 –52 100千赫
1.7 ghz 至 ~2.2 ghz –47 100千赫
待机模式
30 兆赫至 ~1 千兆赫 –57 100千赫
1 ghz 至 ~12.75 ghz –47 100千赫
项目 限制
接收器灵敏度 ≤–65 分贝
静态模式下的读取距离 ≥25 米
静态模式下的写入距离 ≥12 米
动态识别性能 车速≤ 150 km/h：
成功读取芯片标识符数据库和车辆登记数据库中
的信息 150 km/h < 车速 ≤ 200 km/h：
成功读取芯片标识符数据库中的信息
系统链路预算分析
无源rfid系统有两个基本的链路限制：正向链路通常受最小rf至直流功率的限制，以供应标签电子设备，反向链路受读卡器接收器灵敏度的限制。正向和反向链路预算公式3, 4在公式1至公式3中描述：
prip：标签接收各向同性功率
ptx：读取器发射功率 gtx：读取器发射天线增益 gtag：标签天线增益 fspl：自由空间通路损耗
prx：读卡器接收信号功率
grx：读卡器接收天线增益
ƞ国防部： 标签调制效率
d： 读取器和标签
之间的距离 λ： 自由空间中的信号波长
根据gb/t 35786-2017第6.2节和第6.5.2.2节的定义，ptx为30 dbm，馈线电缆插入损耗小于1 db，因此实际ptx约为29 dbm。现场测试中使用了10 dbi至12 dbi增益的天线，因此假设gtx为12 dbi。至于grx，在机动车辆的电子识别应用中，阅读器通常使用单站配置，而读取器处使用单个天线进行发射和接收，因此grx = gtx = 12 dbi。标签天线通常类似于偶极子，假设gtag = 2 dbi是合理的。ƞ国防部表示标签的调制效率，这取决于标签天线匹配和调制过程中发生的标签阻抗偏移，可以合理地假设ƞ国防部= –8 分贝。中心频率为 922.5 mhz，因此 λ = 0.33 m。图1所示的系统链路预算基于前面描述的公式和参数。
图1.正向和反向链路预算计算。
为了支持标准中定义的 25 米链路范围，标签灵敏度应优于 –18.7 dbm，读取器灵敏度应优于 –70.4 dbm。在标准中，标签灵敏度要求定义为–18 dbm，这与分析结果非常吻合。但是，读取器灵敏度要求定义为–65 dbm，与分析结果相比，存在相当大的偏差。这种偏差可能来自标签天线增益值。在机动车的电子识别应用中，没有必要将标签天线设计成全向的。添加反射器将产生额外的3 db安滕纳增益。由于标签天线增益（gtag）在公式2中是平方的，因此读取器灵敏度分析结果将增加6 db，达到–64.4 dbm。在这种情况下，分析结果将与标准要求相匹配。
uhf rfid 阅读器中的自干扰器
在uhf rfid系统中，读取器发送连续波（cw）信号为无源标签供电，同时以相同的频率接收来自标签的反向散射信号。由于发射器与接收器之间的隔离性差，强cw信号以及相关的发射器噪声会泄漏到接收器中。通常这种泄漏信号称为自干扰器（sj）信号，这种自干扰信号会降低阅读器的灵敏度。
在用于机动车辆电子识别的rfid阅读器中，定向耦合器通常用作发射器和接收器的双工器。sj信号的发生主要是由于天线的反射，定向耦合器的有限隔离以及连接到耦合器端口的电路的反射。
为了克服这个sj信号问题，可以使用两种方法。第一种是在接收器lna之前设计一个自干扰器消除（sjc）电路。第二种方法是使用直接变频接收器架构，同时使用发射器和接收器使用的相同本振（lo）。在这种情况下，自干扰信号将在基带处转换为直流，然后直流隔电容将用于信号的交流耦合。在此直流阻塞点之后，sj信号被移除，后续元件的动态范围要求被放宽。这意味着基带上可以增加足够的增益来降低接收器噪声系数（nf）。这两种方法可以单独使用，也可以组合使用。典型的sjc电路如图2所示。5
图2.典型的自干扰器消除电路。
读取器关键射频性能分析
包含uhf rfid读取器的sjc电路rf前端框图如图3所示。adi公司的ad9963集成了双通道dac和双通道adc。adf9010集成了发射器调制器、pll/vco以及接收器基带滤波器和pga。解调器adl5382包含在adf9010评估板中。adl5523用作lna，因为它具有低噪声系数、高增益和高线性度。75 db高动态范围rf检波器lt5538适用于sjc射频功率检波器。
图3.uhf rfid阅读器射频前端框图。
对于发射机，在数字域中，信号应经过低通滤波，以满足频域aclr要求和时域rf包络要求。在模拟域中，pa线性度和lo相位噪声都会影响aclr性能。低通滤波、tpp编码ask信号的峰均比（par）约为2 db。平均pa输出功率约为32 dbm，裕量为1 db，因此应选择p–1 db以上的pa。至于lo相位噪声，125 khz至375 khz的相位噪声积分应小于–40 dbc，375 khz至625 khz的相位噪声积分应小于–60 dbc。至于带外发射要求，需要一个rf滤波器来满足发射机谐波频率的要求。对于接近工作频率的要求，例如在915 mhz和930 mhz时要求–52 dbm的100 khz测量带宽，rf滤波器通常还没有衰减，因此调制器在0 dbm输出功率时的本底噪声要求约为–52 – 10 ×log10 （105） – 30 = –132 dbm/hz。5 mhz偏移时的相位噪声要求也应小于–132 dbc。
对于接收器，gb/t 35786-2017标准中规定的接收器灵敏度为–65 dbm。假设读卡器在所有可能的数据速率下都应满足–65 dbm的灵敏度，而640 khz的反向链路频率（blf）是最坏的情况。对于包含rfid读取器的sjc，从天线端口到sjc输出的插入损耗约为15 db，因此sjc输出点的灵敏度要求为–80 dbm，并假设标签反向散射信号功率（不包括直流）为–80 – 3 = –83 dbm。ask调制信号解调阈值约为11 db，blf 640 khz上行链路信号的信号带宽为2.56 mhz。因此，总 nf 要求为 nf ≤ –83 – （–174 + 10 × log10 （2.56 × 106） + 11） = 15.9 db。该总噪声要求包括sjc后接收器电路噪声、sjc电路引起的噪声和发射器泄漏噪声的影响。假设矢量调制器信号分支和自干扰器分支之间的延迟匹配，这意味着cw自干扰器信号和发射器泄漏噪声都被抵消。发射机漏噪声包括三部分：相位噪声、幅度噪声和白噪声。通常，幅度噪声和白噪声将被抵消到–174 dbm/hz的本底噪声。对于残余相位噪声，由于发射器和接收器使用相同的lo，由于距离相关效应，它将在下变频期间转换为直流6。假设矢量调制器支路本底噪声为 –162 dbm/hz，因此在 sjc 电路输出端，有效噪声系数为 –174 – （–162） = 12 db，则 sjc 后接收器电路的噪声系数要求为 10 × log10 （101.59– 101.2） = 13.6 分贝。
基于adf9010和ad9963的解决方案
adf9010是一款完全集成的rf发射器调制器、本振（lo）和接收器模拟基带前端，工作频率范围为840 mhz至960 mhz。ad9963是一款12位低功耗mxfe转换器，提供两个采样速率为100 msps的adc通道和两个采样速率为170 msps的dac通道。®
使用adf9010和ad9963实现uhf rfid阅读器rf前端的框图如图4所示。adl5523与adl5382级联的噪声系数小于3 db，adl5382和adf9010接收器增益设置为24 db。
图4.采用adf9010和ad9963的uhf rfid读取器rf前端。
为了实现uhf rfid读取器rf前端，本文构建了包含自适应sjc算法的sjc板以及adf9010和ad9963板。adf9010和ad9963电路板还集成了解调器adl5382。两块板级联以测试发射和接收系统级rf性能。
对于发射测试，在python中内置了tpp编码，50%调制深度，tari设置为12.5 μs rfid下行链路波形的dsb-ask并下载到fpga板中。频谱域aclr和时域rf包络在天线端口进行测试，pa输出功率为32 dbm。测试结果如图5所示。对于aclr测试结果，相邻通道约为–42 dbc，具有2 db裕量，备用通道约为–64 dbc，具有4 db裕量。对于rf包络，纹波小于1%，与5%限值相比，具有足够的裕量，上升时间和下降时间在1 μs和8.25 μs的范围内。®
图5.测试设置照片。
对于接收测试，使用adi公司的spdt rf开关hmc545a构建标签仿真器，并由微控制器单元控制。控制模式是rfid上行链路fm0编码数据列表。ask解码程序由matlab构建。通过使用该程序对iq进行解码并将其与数据列表中的原始数据进行比较，可以计算出ber和接收器灵敏度。图6显示了接收到的iq数据和fft图。该图显示，该程序成功解码了具有320 khz blf的–74 dbm rfid上行链路信号。®
美国前交叉韧带
射频包络
图6.发射机测试结果。
图7.接收接收机数据fft图和解码数据。
使用ad9361实现前端
ad9361是一款高度集成的射频（rf）收发器，能够针对各种应用进行配置。该器件集成了在单个器件中提供所有收发器功能所需的所有射频、混合信号和数字模块。为了实现uhf rfid读取器，发射器和接收器应使用相同的lo以利用距离相关效应，因此将使用ad9361发射器监控路径，而不是正常接收器路径。ad9361发送器监控路径绕过内部lna，因此增加了外部lna，例如adi公司的adl5523。adl5523是一款高性能砷化镓phemt lna，具有0.8 db nf和21.5 db增益。图8中的框图显示了ad9361用于实现uhf rfid读取器rf前端。与分立元件方案相比，这种基于ad9361的解决方案显著简化。ad9361基带为直流耦合，而非交流耦合。在这种情况下，要求sjc电路能够将自干扰信号降低到足够低的水平（例如，小于–35 dbm），而不会使模拟电路饱和。这允许在数字域中移除自干扰器转换的直流信号。
图8.采用ad9361框图的uhf rfid读取器rf前端。
ad9361发射器监控器路径增益分布由两种增益组成：前端增益（发射器监控器增益）和接收低通滤波器增益（gbbf).发射机监视器增益可设置为 0 db、6 db 或 9.5 db。gbbf可以设置为 0 db 到 24 db，步长为 1 db。通过这种灵活的增益配置，可以轻松实现接收器agc功能。对于此 uhf rfid 读取器应用，发射器监控器增益设置为 3 db 和 gbbf选择 6 db 的设置。当ad9361增益设置为3 db时，adl5523和ad9361发射器监控端口的级联噪声系数约为12.6 db。与 13.6 db 的分析要求相比，此设置的裕量为 1 db，而如果残余自干扰器为 –35 dbm，则数字域功率为 –7 dbfs。
基于ad9361的解决方案、测试设置和结果
为了实现uhf rfid阅读器rf前端，构建了一个包含自适应sjc算法的sjc板。它与ad9361级联，以测试发射器和接收器系统级rf性能。测试设置框图和照片如图9和图10所示。
图9.测试设置框图。
图10.测试设置照片。
测试结果如图 11 所示。对于aclr测试结果，相邻通道约为–42 dbc，裕量为2 db，备用通道为–61 dbc，裕量为1 db。对于rf包络，纹波小于1%，满足5%限制的裕量要求。上升时间和下降时间在1 μs和8.25 μs的范围内。
美国前交叉韧带
射频包络
图11.发射机测试结果。
对于接收机测试，构建rfid上行链路fm0编码数据列表并将其下载到信号发生器smw200a，然后配置为smw200a以使用此数据列表发送dsb ask信号。ad9361接收到的iq数据存储在fpga板中，并使用ftp工具传输到pc。ask解码程序由matlab构建。使用此程序，将解码数据与数据列表中的原始数据进行比较，然后计算ber和接收器灵敏度。图 12 显示了 matlab 程序的 fft 图和解码数据。经测试，该程序成功解码了具有640 khz blf的–65 dbm rfid上行链路信号。
图12.接收接收机数据fft图和解码数据。
结论
本文首先总结了我国机动车电子识别标准。然后分析了uhf rfid系统级链路预算、sjc等rfid关键技术以及关键射频性能要求。最后，设置基于adf9010和ad9963的解决方案，以及基于ad9361的uhf rfid阅读器rf前端，以测试系统级性能。基于adf9010和ad9963的解决方案具有高性能和很大的裕量，可满足gb/t 29768-2013和gb/t 35786-2017的要求。基于ad9361的集成解决方案也满足了这些要求，但代价是接收器灵敏度下降，与分立式双元件方案相比，它大大简化。尽管本文中描述的rf前端是特定于应用的，但分析方法和该前端本身都适用于通用uhf rfid读取器解决方案。
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