【摘 要】通过分析目前广泛应用的RFID阅读器的性能,提出了一种可调多频段RFID阅读器发射电路的实现方法。首先利用ADF4351的锁相环和倍频器特性来产生宽频带频率源,对于锁相环电路,运用ADIsimPLL软件进行仿真;然后分析和探讨了ADL5385上变频的基本原理及工作特性,利用其特性同时借助于数字衰减器和低噪放芯片实现输出功率可调;最后通过对硬件电路的调试和编写相关上位机及单片机控制程序,实现了功率可调、多频段的RFID阅读器的发射电路。
【关键词】多频段 上变频 数字衰减器 低噪放 功率可调
[Abstract] Based on analysis of the performance of widely-used RFID reader at present, the transmitting circuit implementation method of a tunable multi-band RFID reader was presented in this paper. First, the phase-locked loop and frequency multiplier in ADF4351 are used to generate wideband frequency source, and ADIsimPLL software is used to simulate the phase-locked loop circuit. Then, the basic principle and working feature of up-conversion of ADL5385 are analyzed and discussed; in the meantime, the output power is adjustable by means of a digital attenuator and low noise amplifier chip. Finally, through hardware circuit debugging and preparation of related PC and MCU control programs, the transmitting circuit of the power-adjustable and multi-band RFID reader is implemented.
[Key words]multiband up-conversion digital attenuator low noise amplifier power-adjustable
1 引言
直接上变频技术能够将基带信号直接搬移到射频载频。其具有低复杂性、低成本、高灵活性等优点,且不需要中频放大、滤波、变频等电路,从而极大地减小了发射机的体积、重量和功耗[6-7]。
2 整体设计框架
本系统采用直接上变频技术来实现,整体电路结构如图1所示:
对于ADF4351环路滤波器配置参数,运用ADIsimPLL软件进行仿真和设计。通过对锁相环硬件电路的调试和编写相关单片机控制程序,实现一个高性能的本振信号源。
3 本振信号源的设计及实现
本振信号源需要有低相位噪声和高无杂散动态范围,本设计采用ADF4351锁相倍频芯片来产生本振信号源。
3.1 输入输出外围电路
同时接收单片机输出的数据传输线DATA、串行时钟线CLK、使能控制线LE,通过ADF4351的锁相和倍频后输出一对差分本振信号源。
3.2 环路滤波器仿真设计
本设计采用的是一个三阶RC滤波器。ADI公司提供的锁相环电路配套设计软件ADIsimPLL 3.0中已经包括了16种环路滤波器结构(其中还包含高阶的有源滤波器),通过这个软件可以很方便地设计环路滤波器的参数值,并能通过修改环路带宽、相位裕量、零极点值等来修改各参数值。
环路滤波器是一个低通滤波器,用来滤除高频杂散信号。本设计的环路带宽为20kHz,环路滤波器的具体参数可以通过ADIsimPLL仿真软件设计。经过优化后的环路滤波器的仿真图如图3所示。 3.3 本振信号源输出频谱
4 直接上变频设计
直接上变频芯片采用ADL5385来完成,本振信号源由ADF4351提供,基带信号由安捷伦信号发生器产生的10MHz的频率提供。其外围电路如图5所示:
ADF4351产生的一对差分信号LO_P、LO_N,与信号发生器产生10MHz的基带信号通过巴伦由单端信号变成差分信号的IN_Q、IN_I,同时输入到ADL5385芯片,经过直接上变频后,通过100nF的电容输出已调制的射频信号 。其中,基带信号IN_Q、IN_I通过的巴伦需要在中间抽头加上0.5V的直流电压。
5 数字衰减器和低噪放部分的设计
数字衰减器和低噪放匹配电路设计如图6所示:
6 上位机界面及硬件电路实现
6.1 上位机软件界面
6.2 硬件电路设计及实现
焊接调试完成后的电路板实物如图7所示。该电路板结构主要分为电源、DDS模块、单片机、上位机和发射电路这5部分。其中,外接输入电压为9V,经过电压转换模块后输出电压为5V,5V电压经过LT1085电压转换芯片后输出为3.3V,符合电路板正常工作所需的电压和电流。
7 性能测试
8 结束语
参考文献:
[4] Jianming Zhang, Zeming Xie, Shengli Lai, et al. A Design of RF Receiving Circuit of RFID Reader[C]. International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology Proceedings, 2004: 406-409.
[5] Ang K S, Leong Y C, Lee C H. Analysis and Design of Miniaturized Lumped-Disributed Impedance-Transforming Baluns[J]. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, 2003: 1190-1195.
[6] 黄智伟. 射频小信号放大器电路设计[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2008.