RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag,無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動標簽);解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。本文將介紹一種SAW RFID閱讀器的信號處理電路設計及其軟件設計。

1 閱讀器的系統分析
 
閱讀器是一款快速、實用、功能超強的桌面端閱讀軟件。 RSS閱讀器是一種軟件或是說一個程序，這種軟件可以自由讀取RSS和Atom兩種規范格式的文檔，且這種讀取RSS和Atom文檔的軟件有多個版本，由不同的人或公司開發，有著不同的名字。如目前流行的有：RSSReader、FreeDemon、SharpReader等。

閱讀器采用模塊化設計，最基本單元的為射頻電路與信號處理電路。如圖1所示，射頻系統包括發射電路與接收電路，信號處理電路包括信號處理單元與外圍電路。根據功能需求，增加相應的電路，包括有通信電路、顯示電路、存儲電路、時鐘電路等外圍電路。


根據項目指標要求，設計的SAW標簽可接收40ns的脈沖詢問信號，由SAW標簽發射極的間距確定每個脈沖回波延遲時間約為115ns.

閱讀器工作開始后信號處理電路產生一段脈寬為40ns脈沖控制信號，送給發射電路，經過發射電路一系列調制處理，轉換成脈寬是40ns,載頻是915MHz的射頻詢問信號，通過天線發射出去。遇到SAW標簽后，標簽反射回帶有標簽信息的射頻回波信號，閱讀器接收時經過接收電路一系列處理，解調出代表標簽信息的回波包絡信號，回波包絡信號是具有24位，脈寬40ns的脈沖回波，每個回波的延遲時間約為115ns.之后送給信號處理電路進行進一步的識別和處理，完成識別標簽的信息。

2 信號處理電路設計

信號處理電路主要負責閱讀器的系統控制與信號處理任務。包括：發射時，控制射頻開關截取40ns脈沖信號;接收時，數字采集經過射頻接收電路解調的回波信號，將回波信號轉化為標簽編碼數據進一步處理。其中回波信號的每個脈沖的脈寬為40ns,每個脈沖信號延遲時間為115ns,帶寬則為



接收處理過程就是高速數據采集過程。分析指標要求，信號處理電路設計的關鍵點如下：

(1)產生高速控制信號控制發射端的射頻開關在40ns開與斷。

(2)模擬信號到數字信號的轉換速度。

(3)經過高速模數轉換后，采樣速率很快，信號處理器接收數據的速度必須匹配ADC(Analog To DigitalConverter)的轉換速度。

對于關鍵點(1)，選擇高速處理器，通過軟件編程實現40ns響應時間的高速控制信號。

對于關鍵點(2)，模擬信號的最高頻率達到



根據奈奎斯特采樣定律，采樣頻率要在64MHz以上，本系統采用采樣頻率為80MHz的高速ADC.

對于關鍵點(3)，ADC采樣速率很高，達到80MHz,處理器無法直接接收處理如此龐大的采樣數據。所以需要數據緩沖，這里選用FIFO(First Input First Output)實現數據緩存功能。

2.1 系統結構與器件選擇

為了使系統結構簡單，我們選用一種高性能的MCU(Micro Controller Unit)作為系統的信號處理核心。如圖2所示，信號處理電路由MCU、ADC、FIFO、以及其他外圍電路組成。



ADC的選擇：接收脈沖的寬度為40ns,帶寬為25MHz,根據采樣定理，這里選用ADI公司的AD9057,8bit 80MHz,輸入輸出延遲時間tPD=9.5ns.

FIFO的選擇：FIFO接收存儲來自ADC高速輸出的數字信號，還要將數據輸出給MCU,這對FIFO的存取速度由很高的要求，這里選用IDT公司的SUPERSYNC II系列FIFOIDT72V223,最高166MHz操作時鐘，容量1024x9 bit,具有可編程性，選用異步模式。

MCU的選擇：通過軟件編程實現40ns的脈沖控制信號，接收時實現高速的數據采集，RFID系統要求高速工作速度，這里選用性能優秀C8051F131.C8051F是完全集成的混合信號系統級芯片，它的CIP-51內核采用流水線結構，在同頻率下是標準8051指令執行速度的12倍，C8051F131最高支持100MHz的時鐘頻率，處理速度也可達到100MIPS,32個I/0,128K Flash,8448字節內部RAM,可尋址64KB的片上外部RAM.

時鐘的選擇：ADC與FIFO的工作狀態由MCU控制。鐘振提供ADC采樣時鐘與FIFO寫時鐘，ADC采樣時鐘與FIFO寫時鐘只有同步數據才能不丟失，通過查詢器件的數據資料，ADC轉換速度與FIFO的存取速度可以實現銜接，可共用鐘振。FIFO的讀時鐘與控制由MCU產生。

2.2 硬件電路設計

根據系統結構與器件的數據資料，部分電路設計如下：

(1)AD9057的電路設計：將射頻接收電路輸出端接入AD9057輸入端：AD9057的8位數字信號輸出端與IDT72V223的低8位輸入端連接;使用C8051F13l控制AD9057的PWRDN端，控制AD9057的工作狀態。

(2)IDT72V223的電路設計：在IDT72V223主復位過程中，對相應引腳置位可確定其工作模式。選用異步、標準IDT工作模式;數據輸入由WCLK和WEN控制，輸入時鐘與輸出時鐘完全獨立;只要REN和WEN使能，就可以讀寫數據;OE為低，表示允許輸出端輸出;此外，IDT72V223也提供了豐富的狀態信號，將IDT72V223低8位輸出端連接C8051F131的I/O口。

(3)通信電路、顯示電路、時鐘電路、電源電路等其它電路的設計，按照器件數據資料的要求完成電路連接。

利用Protel DXP繪制電路圖與PCB版圖，部分電路如圖3和圖4所示。完善器件布局，仿真電路與電氣檢查，完成加工制作。





3 軟件設計與調試

系統軟件流程如圖5所示，系統開始工作，通過MCU初始化ADC與FIFO的工作狀態，產生40ns脈沖詢問信號控制射頻開關，經過1us識別標簽的傳播延遲，MCU控制ADC采樣與FIFO的寫操作，待模數轉換完成后，將FIFO數據寫入MCU,并與參考閾值比較，從而確定回波信號的編碼信息，最后通過串口上傳至上位機及顯示，實現進一步處理。



程序設計采用Keil uVision3環境編寫，uVision3是集成的可視化Windows操作界面，它支持絕大部分MCU,包括C8051F131,提供豐富的庫函數和各種編譯工具。按照系統工作流程，采用C語言編寫程序，經過反復調試，燒錄系統。通過測試，信號處理電路可按照規定流程順利工作，達到設計的要求。

4 結論

本文介紹了SAW RFID閱讀器的信號處理電路設計與軟件設計過程，通過實驗表明，采用FIFO作為ADC與MCU之間的橋梁，起到很好的數據緩沖作用，降低了對MCU性能的要求，結構簡單，成本低，容易實現。