摘 要： 針對普通射頻EAS系統檢測靈敏度低、誤報率高的缺陷，采用了窄帶方式提高射頻EAS系統的信噪比和抗干擾能力，提出了幾個硬件關鍵技術，給出了各個關鍵技術的硬件方框圖。關鍵技術包括鎖相接收技術、梳狀濾波技術、滑動基準技術和瞬態脈沖吸收技術。經過實驗測試，這幾個關鍵技術能提高EAS系統的檢測靈敏度并使誤報率有顯著的改善。
關鍵詞： 電子商品防盜；EAS標簽；信噪比
?
射頻式商品電子防盜系統EAS(Electronic Article Surveillance)可以較好地防止自選超市商品的失竊，因而得到廣泛的應用。參考文獻[1]、[2]主要從軟件方面論述了采用標簽識別算法降低系統誤報率、提高系統檢測率和抗干擾能力的方案，但僅考慮軟件算法是不夠的。本文提出了幾個硬件關鍵技術來全面提高射頻EAS系統的性能。
1 射頻EAS系統的結構和工作原理
典型的射頻EAS系統由門道檢測器、EAS標簽、消碼器和開鎖器組成。門道檢測器一般安置在超市門口，由發射器和接收器組成。EAS標簽分為硬標簽和軟標簽，它就是一個LC諧振回路，其諧振頻率為8.2 MHz±5%。一般硬標簽扣在商品（如服裝、箱包等）上，而軟標簽則粘在商品上。消碼器和開鎖器一般安置在收銀臺處供收銀員使用，開鎖器用于拆下硬標簽，以便重復使用；消碼器產生能量足夠強的電磁場，擊穿軟標簽的薄膜電容而使之無效。圖1是射頻EAS系統的結構示意圖，發射器D發射一個8.2±0.5 MHz的掃頻信號，在門道監視區內A形成一個電磁場，當有標簽的商品進入監視區時，標簽B會產生一個擾亂電磁場的信號，并由接收器C檢測出來，產生一個報警聲音信號[3]。
?
2 門道檢測器
2.1 發射器
門道檢測器包括發射器和接收器。發射器由單片機STC12C2052、DAC0832和LPF產生一個頻率穩定的180 Hz正弦波信號，控制壓控振蕩集成電路MC1648產生7.7 MHz～8.7 MHz的掃頻信號，掃頻信號經過電壓放大和功率放大激勵發射天線在門道內產生能量足夠強的高頻電磁場。下面介紹接收器的硬件設計。
2.2 接收器
圖2是普通接收器的方框圖。接收天線接收到的掃頻信號經過天線放大器放大和帶通濾波器（中心頻率為8.2 MHz，BW=4 MHz)選擇出掃頻信號；再經過帶AGC功能的電壓放大器放大后分成兩路。一路送入同步通道，FM解調器是由PLL（74HC4046）電路構成的鑒頻器，從掃頻信號中解調出180 Hz正弦波信號，經過脈沖整形電路后，主要為DSP提供一個180 Hz的中斷信號。另一路送入標簽信號處理電路，首先進行包絡檢波，然后經過帶通濾波器（頻率范圍1 kHz～4 kHz）取出標簽信號，再經過A/D轉換，送入DSP。A/D轉換器采用12位模數轉換器ADS7864，DSP處理器采用TMS320F206，片內有4 K字的RAM和32 K字的FLASH，不用外擴存儲器也能滿足該系統。DSP在每次中斷子程序中對標簽信號進行數據采樣和相關算法識別處理，如果有有效標簽信號，則發出聲光報警。
?
3 提高射頻EAS系統性能的幾個關鍵技術
射頻EAS系統屬于微弱信號檢測系統，不但標簽信號的幅度很微弱（幾十μV級），而且環境干擾嚴重，極易引起系統誤報。經過大量實踐觀察發現，環境干擾主要來源于電梯啟停、空調、劣質日光燈鎮流器、手摸天線、金屬推車等。環境干擾主要以電磁場的形式從接收天線侵入射頻EAS系統，這些干擾又分為穩態干擾和瞬態（脈沖）干擾。因此，射頻EAS系統只有在有效抑制干擾的條件下放大微弱的標簽信號，才能提取出有用的標簽信號，即系統的首要任務是提高信噪比。為了提高系統的信噪比，在軟件方面，射頻EAS系統主要采取基于標簽信號相關特點的相關算法[1-2]；在硬件方面，可以采取壓縮系統帶寬（高頻帶寬和低頻帶寬）的方法。下面介紹射頻EAS系統硬件的幾個關鍵技術。
3.1 鎖相接收技術
射頻EAS系統的載波掃頻范圍寬(7.7 MHz～8.7 MHz)，而有用的標簽信號只有幾kHz，若用圖2所示的普通接收器進行接收，為了保證高頻電路幅頻特性的平坦性，要求高頻帶通濾波器有足夠大的帶寬（一般取4 MHz）。這樣寬的帶寬，能使得接收器的信噪比很低，不利于高質量地檢出微弱的標簽信號。針對接收器的寬帶、低信噪比問題，可以采用具有窄帶跟蹤特性的鎖相接收電路。圖3是鎖相接收電路的方框圖?；祛l器采用MC1496，PLL由74HC4046和MC1648組成。輸入信號Vi的頻率為fo±fd，其中fo是中心頻率（fo=8.2 MHz），fd是頻率偏移量（fd=0～0.5 MHz），fR是參考頻率(取400 kHz，由晶體振蕩器提供)。在PLL鎖定狀態下，不管輸入信號頻率怎樣變化，混頻器輸出的中頻頻率fi總是自動地維持為恒定值fR，即fi =fR。這樣，中頻放大器的通頻帶可以做得很窄（取±20 kHz，遠小于4 MHz），抑制環境干擾的能力很強，從而提高了接收器高頻電路的信噪比[4]。
3.2 梳狀濾波技術和滑動基準技術
普通帶通濾波器是指在一定頻率范圍內連續頻率信號能夠通過的濾波器。而射頻EAS系統的標簽信號具有周期性(與180 Hz同步信號的周期相同)和諧波性，一般取有限次（如6～20次）諧波進行檢測分析。若采用普通帶通濾波器，選擇出標簽信號的同時，還串入了大量的干擾信號而導致信噪比下降。因此，為進一步壓縮標簽信號的頻帶來抑制干擾信號及提高信噪比，可以引入梳狀濾波器對標簽信號的諧波進行濾波。圖4是遞歸型梳狀濾波器的方框圖[5]。去掉虛線框部分，就是梳狀帶通濾波器，從Y(n)輸出；加上虛線框部分，就是梳狀帶阻濾波器，從Y1(n)輸出。
遞歸型梳狀帶通濾波器的傳遞函數為：
其幅頻響應為：
圖5是利用PROTEUS仿真軟件對遞歸型梳狀帶通/帶阻濾波器的幅頻特性進行仿真的結果，延時單元的延時時間τd=5.555 ms，反饋系數g=0.7。由圖5可知：梳狀濾波器的齒峰或齒谷在1/τd=180 Hz的諧波點上，改變延時時間τd也就改變梳狀譜線的位置。改變反饋系數g的大小，可以改變梳狀譜線的增益和帶寬。g越大，梳狀譜線增益越大，梳狀譜線帶寬越窄，抑制干擾能力越強，信噪比越高。為了防止自激振蕩，g的大小一般取0.6～0.7。從圖4可知，遞歸型梳狀濾波器的核心是延時單元Z-M。延時單元Z-M可以采用數字混響器（如數字混響集成電路M65831AP）來實現。
梳狀帶通濾波器可以抑制大部分穩態干擾，但無法抑制與標簽信號諧波重疊的干擾信號。一般地，若標簽信號的諧波都受到強干擾，說明環境干擾已經非常嚴重了。為此射頻EAS系統引入梳狀帶阻濾波器來濾除標簽信號，提取出干擾信號，經過檢波得到直流電壓，這個電壓隨干擾大小變化而變化，它給DSP提供了一個環境干擾程度的基準信號。弱干擾或無干擾時，DSP采用高檢測靈敏度方式對標簽信號進行檢測識別處理；強干擾時，DSP采用低檢測靈敏度方式對標簽信號進行檢測識別處理；當環境干擾強到一定程度時，DSP將封鎖報警。這樣，射頻EAS系統對環境干擾具有自適應能力，從而有效降低了誤報的可能性。這種技術稱為滑動基準技術。
3.3 瞬態脈沖吸收技術
瞬態干擾具有突發性、并且其脈沖寬度很窄但幅度很大。帶通濾波器常常在瞬態干擾的沖擊下產生短時間的自激現象，并且可能導致放大器飽和，極易引起EAS系統誤報。為此引入截止型脈沖吸收電路來抑制瞬態干擾，如圖6所示。在正常情況下，Vi沒有瞬態脈沖干擾，K閉合；當環境干擾嚴重時，Vi的瞬態脈沖干擾(正常的標簽信號不會出現瞬態脈沖信號）經過窄脈沖識別電路提取出來，再經過脈沖展寬電路（由NE555組成的單穩態電路）形成較寬（如2 ms）的脈沖，使電子開關K斷開而關閉標簽信號通道，從而徹底消除了瞬態干擾引起的誤報。
?
?
本文提出的幾個硬件關鍵技術，使得射頻EAS系統的高頻電路和低頻電路的性能得到全面的改善；結合DSP對標簽信號的自相關、FFT等軟件算法，很好地提高了射頻EAS系統標簽信號的信噪比和抗干擾能力。通過實驗測試，在環境干擾極其嚴重的情況下，射頻EAS系統能夠穩定可靠地工作，特別是能夠很好地抑制無規律的瞬態脈沖干擾導致的誤報。
參考文獻
[1] 王忠勇，史小軍.基于DSP技術的EAS系統設計[J].電子技術應用，2001(3).
[2] 許耿彬，韋崗，張軍.一種新的EAS標簽識別算法[J].電子技術應用，2006(1).
[3] JAMES V，OLIN S.G.Managing EAS system and medical implant interactions.IEEE international symposium on electromagnetic compatibility，2002(2)：925-930.
[4] 李棠之，杜國新.通信電子線路[M].北京：電子工業出版社，2002.
[5] 王興國.數字混響器設計[J].電子學報，2000(7).
[6] 周潤景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機系統設計與仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.