一种SAW RFID阅读器的信号处理电路设计

RFID(Radio Frequency Identification)技术由于优秀的识别性能而被认为是二十一世纪最有应用潜力的十大技术之一，它可以应用到工业生产、国防军事、日常生活等社会的各个方面。在我国，倡导科技奥运的北京奥运会在门票、地铁、食品安全管理中已被试用。基于SAW(Surface Acoustic Wave)标签的RFID系统采用了先进微电子加工技术制造的SAW器件，具有体积小、重量轻、批量成本低、可靠性高、识别距离远、多功能等优点，与基于IC标签的RFID系统有很好的互补性，尤其在基于IC标签的RFID系统应用于带有金属物体、高温、强电磁干扰等恶劣环境无能为力时，基于SAW标签的RFID系统就显示了它的优越性，同时SAW标签也适甩干压力、加速度、温度等参数的测量，此技术在欧美已得到一定的应用。在我国，此方面的研究近几年才开始展开，技术还不够成熟。本文将介绍一种SAW RFID阅读器的信号处理电路设计及其软件设计。

1 阅读器的系统分析

阅读器采用模块化设计，最基本单元的为射频电路与信号处理电路。如图1所示，射频系统包括发射电路与接收电路，信号处理电路包括信号处理单元与外围电路。根据功能需求， 增加相应的电路，包括有通信电路、显示电路、存储电路、时钟电路等外围电路。

根据项目指标要求，设计的SAW标签可接收40ns的脉冲询问信号，由SAW标签发射极的间距确定每个脉冲回波延迟时间约为115ns。

阅读器工作开始后信号处理电路产生一段脉宽为40ns脉冲控制信号，送给发射电路，经过发射电路一系列调制处理，转换成脉宽是40ns，载频是915MHz的射频询问信号，通过天线发射出去。遇到SAW标签后，标签反射回带有标签信息的射频回波信号，阅读器接收时经过接收电路一系列处理,解调出代表标签信息的回波包络信号，回波包络信号是具有24位，脉宽40ns的脉冲回波，每个回波的延迟时间约为115ns。之后送给信号处理电路进行进一步的识别和处理，完成识别标签的信息。

2 信号处理电路设计

信号处理电路主要负责阅读器的系统控制与信号处理任务。包括：发射时，控制射频开关截取40ns脉冲信号；接收时，数字采集经过射频接收电路解调的回波信号，将回波信号转化为标签编码数据进一步处理。其中回波信号的每个脉冲的脉宽为40ns，每个脉冲信号延迟时间为115ns，带宽则为

接收处理过程就是高速数据采集过程。分析指标要求，信号处理电路设计的关键点如下：

(1)产生高速控制信号控制发射端的射频开关在40ns开与断。
(2)模拟信号到数字信号的转换速度。
(3)经过高速模数转换后，采样速率很快，信号处理器接收数据的速度必须匹配ADC(Analog To DigitalConverter)的转换速度。

对于关键点(1)，选择高速处理器，通过软件编程实现40ns响应时间的高速控制信号。
对于关键点(2)，模拟信号的最高频率达到

根据奈奎斯特采样定律，采样频率要在64MHz以上，本系统采用采样频率为80MHz的高速ADC。

对于关键点(3)，ADC采样速率很高，达到80MHz，处理器无法直接接收处理如此庞大的采样数据。所以需要数据缓冲，这里选用FIFO(First Input First Output)实现数据缓存功能。

2．1 系统结构与器件选择

为了使系统结构简单，我们选用一种高性能的MCU(Micro Controller Unit)作为系统的信号处理核心。如图2所示，信号处理电路由MCU、ADC、FIFO、以及其他外围电路组成。

ADC的选择：接收脉冲的宽度为40ns，带宽为25MHz，根据采样定理，这里选用ADI公司的AD9057，8bit 80MHz，输入输出延迟时间tPD=9．5ns。

FIFO的选择：FIFO接收存储来自ADC高速输出的数字信号，还要将数据输出给MCU，这对FIFO的存取速度由很高的要求，这里选用IDT公司的SUPERSYNC II系列FIFOIDT72V223，最高166MHz操作时钟，容量1024x9 bit，具有可编程性，选用异步模式。

MCU的选择：通过软件编程实现40ns的脉冲控制信号，接收时实现高速的数据采集，RFID系统要求高速工作速度，这里选用性能优秀C8051F131。C8051F是完全集成的混合信号系统级芯片，它的CIP-51内核采用流水线结构，在同频率下是标准8051指令执行速度的12倍，C8051F131最高支持100MHz的时钟频率，处理速度也可达到100MIPS，32个I／0，128K Flash，8448字节内部RAM，可寻址64KB的片上外部RAM。

时钟的选择：ADC与FIFO的工作状态由MCU控制。钟振提供ADC采样时钟与FIFO写时钟，ADC采样时钟与FIFO写时钟只有同步数据才能不丢失，通过查询器件的数据资料，ADC转换速度与FIFO的存取速度可以实现衔接，可共用钟振。FIFO的读时钟与控制由MCU产生。

2．2 硬件电路设计