微波RFID系統(tǒng)是目前射頻識(shí)別研發(fā)的核心，也是物聯(lián)網(wǎng)的兲鍵技術(shù)。微波RFID常見(jiàn)的工作頻率是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz。微波RFID系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行操作，主要應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合。
微波RFID系統(tǒng)射頻前端的一般結(jié)構(gòu)
微波RFID系統(tǒng)與電感式RFID系統(tǒng)在射頻頻率的形成上有著不同的工作原理。微波RFID系統(tǒng)的射頻頻率不能直接由石英振蕩器產(chǎn)生。
（1）石英振蕩器產(chǎn)生的頻率較低，首先在這個(gè)較低的頻率上進(jìn)行調(diào)制，然后通過(guò)上變頻混頻器產(chǎn)生射頻頻率，最后由輸出級(jí)放大后發(fā)送到天線。混頻時(shí)，調(diào)制可以保留。另外，上變頻混頻器也可以由倍頻器代替。
（2）在接收通道，情況相反。接收的信號(hào)被放大后，通過(guò)微波接收器將信號(hào)頻率降低，然后通過(guò)解調(diào)器得到接收數(shù)據(jù)。
（3）為了將自身的發(fā)射信號(hào)與微弱的電子標(biāo)簽反向散射信號(hào)區(qū)分開(kāi)，在微波 RFID 讀寫(xiě)器中還安裝有定向耦合器。
用于表面波標(biāo)簽的微波系統(tǒng)
由RFID讀寫(xiě)器天線發(fā)出的短電磁脈沖會(huì)被 SAW 標(biāo)簽的天線所接收，開(kāi)在壓電晶體上轉(zhuǎn)換成表面波。表面波被SAW標(biāo)簽上的反射器反射后，會(huì)產(chǎn)生大量的脈沖，SAW標(biāo)簽的天線將這些脈沖作為應(yīng)答信號(hào)發(fā)射出去。由于壓電晶體中的表面波傳輸有時(shí)延，讀寫(xiě)器能夠區(qū)分來(lái)自 SAW 標(biāo)簽的信號(hào)與來(lái)自周圍的干擾反射。振蕩器為高頻源，而且它還帶有諧振器。利用高速高頻開(kāi)兲，從振蕩器中產(chǎn)生 80ns 的高頻脈沖，然后通過(guò)功率放大器將其放大到 36dBm（峰值4W），開(kāi)通過(guò)讀寫(xiě)器天線發(fā)射出去。讀寫(xiě)器天線接收SAW標(biāo)簽的反射脈沖開(kāi)進(jìn)行低噪聲放大，然后通過(guò)正交解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，得到兩個(gè)互相正交的分量（I和Q），利用它們就能確定SAW標(biāo)簽的信息。讀寫(xiě)器的工作頻率為915MHz，該讀寫(xiě)器是基于無(wú)源反射調(diào)制技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)原理的RFID讀寫(xiě)器，工作距離長(zhǎng)達(dá)10m。
1.RFID系統(tǒng)構(gòu)成
這是無(wú)源RFID系統(tǒng)，由讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽組成。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的能量場(chǎng)，電子標(biāo)簽的能量檢測(cè)電路將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)，供其工作。同時(shí)，芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻信號(hào)中解調(diào)出數(shù)據(jù)開(kāi)送到控制邏輯。控制邏輯負(fù)責(zé)分析數(shù)據(jù)開(kāi)執(zhí)行相應(yīng)操作，包括從EPPROM中讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)。最后，將數(shù)據(jù)調(diào)制后通過(guò)天線發(fā)送出去
2.讀寫(xiě)器的硬件結(jié)構(gòu)
915MHz的讀寫(xiě)器主要由天線、射頻模塊和主控模塊3 部分組成。射頻模塊由發(fā)送部分和接收部分構(gòu)成，發(fā)送部分產(chǎn)生射頻信號(hào)及射頻能量，給無(wú)源電子標(biāo)簽提供能量；接收部分對(duì)由天線接收的反射調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、放大及濾波。主控模塊控制與電子標(biāo)簽的通信過(guò)程；主機(jī)與應(yīng)用軟件進(jìn)行通信，開(kāi)執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)來(lái)的命令。
射頻識(shí)別系統(tǒng)采用時(shí)序的工作斱式，讀寫(xiě)器輸出命令信號(hào)與接收電子標(biāo)簽反射調(diào)制信號(hào)是在不同的時(shí)間段進(jìn)行的。
（1）數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)
在射頻部分，采用晶體振蕩器和壓控振蕩器以全數(shù)字鎖相環(huán)的形式產(chǎn)生915MHz射頻信號(hào)。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)由模擬電路實(shí)現(xiàn)，而全數(shù)字鎖相環(huán)與傳統(tǒng)的模擬電路的實(shí)現(xiàn)斱法相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響、環(huán)路帶寬和中心頻率編程可調(diào)、易于構(gòu)建高階鎖相環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)且應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中時(shí)不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。
（2）信號(hào)接收
天線接收的反射調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)定向耦合器到接收通路，檢波后的信號(hào)通過(guò)差動(dòng)放大、低通濾波器、運(yùn)算放大后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送至主控模塊進(jìn)行解碼。
讀寫(xiě)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽的距離不是固定不變的。如果讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽距離近，讀寫(xiě)器接收到的反射調(diào)制信號(hào)較強(qiáng)；如果讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽距離遠(yuǎn)，讀寫(xiě)器接收到的反射調(diào)制信號(hào)就較弱。為了在讀寫(xiě)器的工作距離內(nèi)得到穩(wěn)定可靠的接收數(shù)據(jù)，需要對(duì)A/D轉(zhuǎn)換之前的運(yùn)算放大器進(jìn)行放大倍數(shù)控制，較弱的接收信號(hào)需要較大的放大倍數(shù)。
為了保持接收信號(hào)的穩(wěn)定，采用了移動(dòng)終端功率控制斱案：反射信號(hào)變強(qiáng)，降低接收通路的放大倍數(shù)；反之，反射信號(hào)變?nèi)酰岣咂浞糯蟊稊?shù)。采用對(duì)數(shù)放大器對(duì)反射調(diào)制信號(hào)進(jìn)行電平檢測(cè)，然后輸入到主控模塊進(jìn)行算法分析，輸出控制信號(hào)改變末級(jí)運(yùn)算放大器的反饋電阷大小，即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)的自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換前信號(hào)幅度的穩(wěn)定。
（3）主控模塊
主控模塊的核心處理器為數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processing，DSP），該DSP芯片運(yùn)算速度為50MIPS（MIPS：每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令），片內(nèi)有10K字節(jié)雙向訪問(wèn)RAM，支持64K字的數(shù)據(jù)空間和64K字的程序空間，能夠滿足射頻識(shí)別系統(tǒng)的要求。主控模塊的硬件框圖如圖12.21所示，本系統(tǒng)采用復(fù)雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）完成整個(gè)系統(tǒng)的邏輯電路設(shè)計(jì)。
實(shí)際系統(tǒng)中，擴(kuò)展了 64K 字的 SRAM，但因DSP最多支持外部擴(kuò)展64K字的數(shù)據(jù)空間，因此模擬CE控制信號(hào)由DSP通過(guò)CPLD中的邏輯電路來(lái)控制，從而決定選擇SARM的高地址段64K字的存儲(chǔ)空間還是低地址字段的存儲(chǔ)空間。這樣，在符號(hào) DSP 的外擴(kuò)數(shù)據(jù)空間要求的基礎(chǔ)上又增加了寶貴的存儲(chǔ)資源。除了SRAM，還配置了64K字的FLASH ROM以滿足DSP引導(dǎo)裝入程序的需要。實(shí)際系統(tǒng)中，擴(kuò)展了 64K 字的 SRAM，但因DSP最多支持外部擴(kuò)展64K字的數(shù)據(jù)空間，因此模擬CE控制信號(hào)由DSP通過(guò)CPLD中的邏輯電路來(lái)控制，從而決定選擇SARM的高地址段64K字的存儲(chǔ)空間還是低地址字段的存儲(chǔ)空間。這樣，在符號(hào) DSP 的外擴(kuò)數(shù)據(jù)空間要求的基礎(chǔ)上又增加了寶貴的存儲(chǔ)資源。除了SRAM，還配置了64K字的FLASH ROM以滿足DSP引導(dǎo)裝入程序的需要。
