一種基于FPGA的無線射頻讀卡器開發與設計

在接收數據時，讀卡器發射連續載波（未調制），以便為標簽提供電源。在收到請求后，電子標簽通過對載波進行調幅，響應一個碼流。所采用的調制方式為幅移鍵控（ASK）或者反相-幅移鍵控鍵控（PR-ASK）。解調器帶有兩個正交移相檢出式輸出端口，因此具備天然的分集接收功能。如果由于多路或相位取消導致某個通道無法接收信號，另一條通道（移相90度）就可接收較強的信號，反之亦然。這樣，整體接收可靠性就得以提高。

一旦解調完成，即可將I（相內）和Q（正交相位）差分輸出信號以AC方式耦合至一個運算放大器（被配置為一個差分放大器），隨后被轉換為單端輸出信號。這個時候應將高通角頻率設置為5KHz，低于接收數據流的最小信號頻率，高于最大多普勒頻率（可能被運動標簽采用），同時保持高于電力線頻率（60Hz）。這樣，輸出信號就能利用被配置為四階低通的LT1568順利穿過低通濾波器。低通角頻率應被設置為5MHz，以便最大碼流信號穿過濾波器，達到基帶。

基帶信號然后被一個雙路低功耗模數轉換器（LTC2291，分辨率為12位）進行數字化處理。由于標簽碼流的帶寬為5KHz至5MHz，LTC2291能夠以25MSps的速率進行充分的采樣，從而精確地捕獲解調信號。在需要的時候，還可在基帶DSP中實現額外的數字濾波。這樣，接收器就能具備最大的邏輯閾值設置靈活性，該設置可由基帶處理器以數字化方式執行。

基帶任務和數字化射頻信道化處理，可提高用全FPGA解決方案實現的吸引力和集成度。

高動態范圍射頻發射器設計

發射器集成了一個鏡像抑制直接轉換式調制器。LT5568具備很高的線性度和較低的背景噪聲，因此能夠為所發射的信號提供出色的動態范圍性能。調制器能夠從數模轉換器（DAC）接收正交式基帶I和Q信號，然后直接調制至900MHz發射頻率。

在內部，LO（本地振蕩器）被精確正交移相器分割。經調制的射頻信號被合并為一個單端、單邊帶射頻輸出信號（鏡像被抑制了46dBc）。此外，調制器還帶有匹配的I和Q混合器，從而最大限度地抑制了LO載波信號（至-43dBm）。

復合調制電路具備出色的鄰道功率比（ACPR），有助于滿足發射頻率屏蔽要求。例如，當調制器射頻輸出電平為-8dBm時，ACPR指標優于-60dBc。由于具備更出色的ACPR性能，信號可被放大至許可的1w功率（在美國為+30dBm），或者放大至2w，以符合歐盟規范。在上述兩種情況下，重要的是保持電平固定，因為該電平用于向電子標簽提供電源，并最大化讀卡距離。LTC5505型射頻功率檢測器的內部溫度補償功能，可準確地測定功率，提供穩定的反饋信號，以調節射頻功率放大器的輸出功率。

基帶處理和網絡接口

在基帶頻率上，FPGA執行發送至DAC和來自模數轉換器（ADC）的波形的信道化任務。這一過程也被稱為數字中頻處理，涉及濾波、增益控制、頻率轉換和采樣率變化等。FPGA甚至可以并行處理多個信道。

圖2顯示了一個射頻讀卡器的架構。其他基帶處理任務包括：

　　先導字段檢測

　　排序估計

　　調制和解調（ASK、頻移鍵控和相移鍵控）

　　信號產生

　　相關器處理

　　峰值檢測和閾值設定

　　CRC糾錯和校驗和

　　編碼和解碼（NRZ、Manchester、單極性、差分雙極性和Miller）

　　幀檢測

　　ID去擾

　　安全加密引擎