CN102693433A - 一种射频识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID系统，该系统中的本振模块为小数分频频率合成器。所述的小数分频频率合成器为基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器。本发明实施例公开的RFID系统，采用小数分频频率合成器作为本振模块，利用小数分频频率合成器的原理，将小数分频所需的小数部分F加到∑-Δ调制器的输入端，由调制器产生脉冲去控制频率合成器的分频比，从而实现小数分频的目的，并由∑-Δ调制器进行多模补偿，改善由分频比的周期性变换而引起的锯齿性相位扰动，有效地抑制杂散信号，改善了现有RFID系统中的相位噪声影响大的问题。

Description

一种射频识别系统

技术领域

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频识别系统。

背景技术

射频识别技术(RFID技术)是一种利用射频方式进行的非接触双向通信技术。该技术进行识别工作时无需人工干预，操作快捷方便。随着RFID技术的逐步成熟，该技术越来越多地应用于集装箱、货盘、产品包装、智能识别ID卡、书本和DVD中。随着应用领域的扩展，对RFID系统各性能指标的要求也越来越高，尤其是对本振源相位噪声的要求。本振源的相位噪声是一项非常重要的性能指标，其对RFID系统的性能影响很大。频率源不论是做发射激励信号，还是做接收机本振信号或者是作为各种频率基准，其所携带的相位噪声将在解调过程中和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降，误码率增加等问题。另外，RFID系统的另外一些重要指标，如动态范围、接收灵敏度等都受相位噪声限制。

RFID系统通常包括：接收通道和发射通道，接收通道包括：LNA低噪声放大器，将系统接收的信号进行放大滤波；本振模块，用于提供本振信号，将本振信号与LNA低噪声放大器放大后的信号进行混频的解调器，将混频后的信号进行模数转换的模数转换AD模块，接收模数转换后的信号进行处理的基带部分，发射通道包括：将基带信号进行数模转换的数模转换DA模块，将转换后的信号与本振信号进行混频的调制器，将混频后的信号进行放大的PA功率放大器，将放大后的信号进行发送的天线。

目前超高频射频识别UHF RFID系统中通常采用整数分频频率合成器作为本振模块，为系统提供本振信号。整数分频频率合成器结构简单，易于实现。但是整数分频频率合成器的最小频率分辨率与环路的鉴相频率相等，因此为获得高分辨率必须降低环路的鉴相频率，会使相位噪声相应恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种RFID系统，以解决现有技术中的RFID系统中相位噪声影响大的问题。其具体方案如下：

一种射频识别系统，所述系统中的本振模块为小数分频频率合成器。

优选的，所述小数分频频率合成器为基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器。

优选的，所述系统还包括：

接收射频信号，并将其放大的低噪声放大器LNA；

将放大后的射频信号利用所述本振模块提供的本振信号进行解调的解调器；

将所述解调后的本振信号进行放大，并获取放大后的信号模值的正交I/Q放大取模模块；

将所述模值进行模数转换的模数转换AD模块；

接收模数转换后的信号的基带部分；

将基带部分发出的基带信号进行数模转换的数模转换DA模块；

将数模转换后的基带信号利用所述本振信号进行调制的调制器；

将所述调制后的信号进行放大的功率放大器PA；

将放大后的调制信号进行发射的天线。

优选的，所述基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器包括：

产生调制脉冲的调制器，接收调制脉冲，根据预先设置好的分频比进行分频的分频器；

将分频器提供的频率信号与晶振提供的参考频率进行比较，并将两信号的频率和相位差转换为电压脉冲的鉴相器；

根据所述鉴相器提供的脉冲生成推拉电流的电荷泵，将所述电荷泵输出的推拉电流进行滤波，转化为携带相位差信息的调谐电压的低通滤波器；

在所述调谐电压的控制下输出与调谐电压对应的频率信号的压控振荡器，所述频率信号输入所述分频器。

优选的，还包括：控制系统进行发射/或接收信号的开关。

优选的，还包括：设置于所述LNA前端的，将接收的射频信号进行滤波的第一滤波器。

优选的，还包括：设置于所述低噪声放大器LNA和解调器之间的，对放大后的射频信号进行滤波的第二滤波器。

优选的，还包括：

与所述调制器的输出端相连的，将所述调制信号进行放大的前级驱动器；

与所述前级驱动器输出端相连的，将所述放大后的调制信号按照系统需求进行衰减的衰减器。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例公开的RFID系统，采用小数分频频率合成器作为本振模块，利用小数分频频率合成器的原理，将小数分频所需的小数部分F加到∑-Δ调制器的输入端，由调制器产生脉冲去控制频率合成器的分频比，从而实现小数分频的目的，并由∑-Δ调制器进行多模补偿，改善由分频比的周期性变换而引起的锯齿性相位扰动，有效地抑制杂散信号，改善了现有RFID系统中的相位噪声影响大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的RFID系统的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的又一RFID系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种RFID系统，其结构如图1所示，包括：低噪声放大器LNA11、解调器12、模数转换AD模块13、基带部分14、数模转换DA模块15、调制器16、天线17、功率放大器PA18、正交I/Q放大取模模块19和本振模块，其中，本振模块为小数分频频率合成器110，本实施例中的小数分频频率合成器110为基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器，在晶振10产生的参考频率作用下生成本振信号。

进一步的，LNA和功率放大器通过开关111与天线相连，通过开关来选择当前的系统处于接收状态还是发射状态，LNA的前端设置有第一滤波器112，用来滤除接收到的信号中的杂波，以保证信号的质量。

其工作原理如下所述：

采用∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器为RFID系统的接收和发射两通道提供本振信号，在接收通道中，RFID系统所接收到的射频信号在经过滤波后进入低噪声放大器LNA11放大，与采用∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器110作为本振模块所提供的本振信号在解调器12中混频，将接收的信号利用本振信号进行解调并输出，正交I/Q放大取模模块将解调后的本振信号进行放大，并获取放大后的信号的模值，将该模值经过AD模块进行模数转换后，进入基带部分14进行处理；在发射通道中，基带部分14所输出的基带信号在经过DA模块进行数模转换后与本振信号在调制器16中混频，将基带信号利用本振信号进行调制并输出，调制后的信号经由PA18放大后，利用天线17发射出去。

本实施例并不限定RFID如图1中所示，同时具有发射和接收通道，同样，也可根据需要用巴伦电路或者单端输出电路配置而得到单路输出的本振信号。巴伦可以由分立元件搭建而成，也可采用集成元件构建。同样也并不限定采用∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器，同样也可采用其他类型的小数分频频率合成器。

本实施例公开的RFID系统，由于采用∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器作为本振模块，通过合理设置小数分频频率合成器的外围电路和环路滤波带宽，可以得到较短的跳频步长，故可得到理想的相位噪声，降低相位噪声对系统的影响，提高接收灵敏度和动态范围，并提高接收距离。同时由于改善了相位噪声，提高了接受信号的信噪比，进一步的减少了误码率，极大地改善了系统的性能。

图2所示为本发明公开的又一RFID系统的结构示意图，除包括图1中所示各个模块以外，还包括：与调制器16的输出端相连的前级驱动放大器113，以及与前级驱动放大器113的输出端相连的衰减器114。两者配合使用，首先通过前级驱动器113将调制信号进行放大，然后利用衰减器114，将放大后的调制信号按照系统的需要进行有控制的衰减，使得输出功率可以保持在一个预先设定的范围内。

进一步的，还可以包括将LNA放大后的信号再次进行滤波的第二滤波器115，以滤除放大信号中的杂波，进一步保证输入到解调器中的信号不会受到干扰，提高解调信号的质量。

进一步的，本实施例中的基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器的结构如图3所示，包括：调制器21、分频器22、鉴相器23、电荷泵24、低通滤波器25和压控振荡器26。

其中fref是RFID系统中晶振所提供的基准频率信号，该基准频率信号经倍频器/分频器27倍频或分频后输出至鉴相器23，作为鉴相器23的工作频率fPFD，该工作频率即为鉴相器23的参考频率。鉴相器23将分频器22输出的频率fN与该参考频率fPFD进行比较，将两信号的频率和相位差转换为与之成比例的脉冲输出，提供给电荷泵24。当fPFD与fN的相位差为正时，鉴相器23输出正的电压脉冲，当fPFD与fN的相位差为负时，鉴相器23输出负的电压脉冲，若fPFD与fN的相位相同，则不输出电压脉冲。

电荷泵24根据所接收到的电压脉冲输出推拉电流，当其接收到鉴相器23的正电压脉冲后将一定量的电流推出，当接收到鉴相器23的负电压脉冲后将一定量的电流吸入。电荷泵24输出的推拉电流携带有fPFD与fN的相位差信息，该信号经低通滤波器25滤波后，去除鉴相器23带来的杂散信号，并转化为携带相位差信息的调谐电压。在该电压的控制下，压控振荡器26输出相对应的频率信号。

压控振荡器26的大部分信号直接输出，即为RFID系统中调制解调模块所需的本振信号RFout。另一部分信号fLO送入分频器。fLO进入分频器，根据预先设置好的分频比进行分频后，输出至鉴相器与参考频率fPFD进行比较。

当该小数分频器输出的本振信号RFout的频率不是设定值时，fLO经分频后的信号fN与鉴相频率fPFD不符，鉴相器23将含有相位差信息的信号输出，通过电荷泵24调整压控振荡器26的调谐电压，使压控振荡器的输出频率随之改变。直到压控振荡器26的输出频率到达设定值，fN与fPFD相同，鉴相器23不再输出信号，小数分频器达到稳定状态，为系统提供稳定的本振信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种射频识别系统，其特征在于，所述系统中的本振模块为小数分频频率合成器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述小数分频频率合成器为基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

接收射频信号，并将其放大的低噪声放大器LNA；

将放大后的射频信号利用所述本振模块提供的本振信号进行解调的解调器；

将所述解调后的本振信号进行放大，并获取放大后的信号模值的正交I/Q放大取模模块；

将所述模值进行模数转换的模数转换AD模块；

接收模数转换后的信号的基带部分；

将基带部分发出的基带信号进行数模转换的数模转换DA模块；

将数模转换后的基带信号利用所述本振信号进行调制的调制器；

将所述调制后的信号进行放大的功率放大器PA；

将放大后的调制信号进行发射的天线。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基于∑-Δ调制技术的小数分频频率合成器包括：

产生调制脉冲的调制器，接收调制脉冲，根据预先设置好的分频比进行分频的分频器；

将分频器提供的频率信号与晶振提供的参考频率进行比较，并将两信号的频率和相位差转换为电压脉冲的鉴相器；

根据所述鉴相器提供的脉冲生成推拉电流的电荷泵，将所述电荷泵输出的推拉电流进行滤波，转化为携带相位差信息的调谐电压的低通滤波器；

在所述调谐电压的控制下输出与调谐电压对应的频率信号的压控振荡器，所述频率信号输入所述分频器。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：控制系统进行发射/或接收信号的开关。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述LNA前端的，将接收的射频信号进行滤波的第一滤波器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述低噪声放大器LNA和解调器之间的，对放大后的射频信号进行滤波的第二滤波器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

与所述调制器的输出端相连的，将所述调制信号进行放大的前级驱动器；

与所述前级驱动器输出端相连的，将所述放大后的调制信号按照系统需求进行衰减的衰减器。

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