基于过采样技术的远距离读卡系统的实现

摘 要: 针对目前125 kH z读卡器的曼彻斯特解码的波形为矩形波、读卡距离较近(一般只有数十毫米) 、抗干扰能力较差的状况，提出了一种基于AD过采样技术的三角波解码方式。此方式大大的提高了读卡距离，配合大尺寸的振荡线圈读卡距离超过了1 000 mm。

0、引言

目前125 kH z读卡器的技术相对成熟，系统价格便宜,在各个行业得到了广泛应用，例如: 人员的身份识别，物品的信息管理，液化气的管理，动物的识别，酒店的门禁管理等用唯一识别号可以标识物体属性的地方都有应用。在一些应用场合10多毫米的读卡距离不能满足远距离读卡的要求,为此本文提出了一种基于AD过采样技术的曼彻斯特解码方式，较现有的方波解码方式读卡距离有了大的提高，配合大尺寸的振动线圈，读卡距离超过了1 000 mm。

1、系统的构成

系统的组成结构如图1所示，125 kH z的振荡电路，检波放大电路，自动调谐电路，低通滤波电路，这几部分构成了整个读卡器的射频通信控制，m cu部分，AD采样部分构成了系统的核心，这两个部分完成了振荡系统的自动调谐，卡片数据的解码，数据的发送、显示等功能。

　　2、曼彻斯特编码原理

曼彻斯特编码(M ancheSTer Encod ing)，也叫做相位编码( PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码被用在以太网媒介、无线链路等系统中。曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列，而没有长的周期，没有转换级别，因而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。在这个技术下，实际上的二进制数据被传输通过这个电缆，不是作为一个序列的逻辑1 或0 来发送的( 技术上叫做反向不归零制( NRZ) )。相反地，这些位被转换为一个稍微不同的格式，它通过使用直接的二进制编码有很多的优点。

在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号; 曼彻斯特编码从高到低的跳变是0 从低到高的跳变是1。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0 或1 ，有跳变为0 ，无跳变为1 。

两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变, 不存在直流分量, 因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平,所以数据传输速率只有调制速率的1 /2。

3、过采样技术原理

采样频率超出信号带宽的两倍, 用数字滤波器替换性能不好的模拟抗混叠滤波器, 这个过程称为过采样。AD 转换的过采样技术一般分三步: ( 1) 高速(相对于输入信号频谱)采样模拟信号; ( 2) 数字低通滤波; ( 3) 抽取数字序列。

采用这项技术, 既保留了输入信号的较完整信息, 降低了对输入信号频谱的要求, 又可以提高采样子系统的精度。

3. 1 奈奎斯特采样定理

根据奈奎斯特采样定理, 需要数字化的模拟信号的带宽必须被限制在采样频率fs的一半以下, 否则将会产生混叠效应, 信号将不能被完全恢复。这就从理论上要求一个理想的截频为fs/2的低通滤波器。实际中采用的通频带为0 ~fs/2的低通滤波器不可能既完全滤掉高于fs /2 的分量又不衰减接近于fs/2的有用分量。因此实际的采样结果也必然与理论上的有差别。如果采用高于fs的采样频率, 如2fs, 则可以很容易用模拟滤波器先滤掉高于1. 5fs的分量, 同时完整保留有用分量。采样后混入的界于0. 5fs~ 1. 5fs之间的分量可以很容易用数字滤波器来滤掉。这样输入模拟滤波器的设计将比抗混叠滤波器简单的多。

3. 2 量化与信噪比

模拟信号的量化带来了量化误差, 理想的最大量化误差为+ /- 0. 5LSB。AD转换器的输入范围和位数代表了最大的绝对量化误差。量化误差也可以在频域进行分析, AD转换的位数决定了信噪比SNR; 反过来说提高信噪比可以提高AD转换的精度。

假设输入信号不断变化, 量化误差可以看作能量均匀分布在0~ fs /2上的白噪声。但是对于理想的AD转换器和幅度缓慢变化的输入信号, 量化误差不能看作是白噪声。为了利用白噪声理论, 可以在输入信号上叠加一连续变化的信号, 叫做?? 抖动信号 , 它的幅值至少应为1LSB。

3. 3 叠加白噪声提高信噪比

由于量化噪声功率平均分配在0~ fs/2, 而量化噪声能量是不随采样频率变化的, 采用越高的采样频率时, 量化噪声功率密度将越小, 这时分布在输入信号的有用频谱上的噪声功率也越小, 即提高了信噪比。只要数字低通滤波器将大于fs/2的频率分量滤掉, 采样精度将会提高。

采用叠加白噪声进行的过采样在每提高一倍采样频