CN206060752U - 一种基于uhf rfid读写器的载波泄漏消除系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，属于读写器载波泄漏消除技术领域。包括定向耦合器、正交信号发生器、矢量加法器、功率检测器、多路选择器、相移器、环形器和射频巴伦，定向耦合器与正交信号发生器相连，正交信号发生器分别与矢量加法器及多路选择器相连，矢量加法器与功率检测器相连，定向耦合器、相移器、环形器、射频巴伦和矢量加法器依次相连。本实用新型实现了一种新的载波泄漏消除技术，隔离度高，生产成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及读写器载波泄漏消除技术领域，尤其涉及一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统。
背景技术
对于无源UHF RFID系统，读写器与标签之间的通讯是以半双工方式实现。读写器向标签发射调制的载波，位于读写器识别区内的标签以背向散射的方式向读写器反馈信息，读写器根据协议规定与标签进行通讯。读写器在读取无源标签过程中同时发射载波通过电磁波辐射为无源标签提供能量。由于读写器接收机与发射机之间的隔离度有限，发射端载波信号会泄漏到接收端，与标签调制信号一起进入读写器。无源UHF RFID系统特有的标签背向散射机制，使得读写器接收标签调制信号的频率与发射载波信号频率相差50~250kHz，在900MHz左右的超高频波段难以采用有限品质因子的片上滤波器滤除载波泄漏信号。对于采用双天线结构的读写器，收发路径隔离度可达30dB。为了节约成本，现在读写器主流趋势是使用单天线，通过环形器、定向耦合器等隔离器件进行收、发隔离。虽然较小的信号发射功率可以减少载波泄漏，但也会降低读写器的标签读取距离。
实用新型内容
针对现有技术中缺陷与不足的问题，本实用新型提出了一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，实现了一种新的载波泄漏消除技术，隔离度高，生产成本低。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，包括定向耦合器、正交信号发生器、矢量加法器、功率检测器、多路选择器、相移器、环形器和射频巴伦，定向耦合器与正交信号发生器相连，正交信号发生器分别与矢量加法器及多路选择器相连，矢量加法器与功率检测器相连，定向耦合器、相移器、环形器、射频巴伦和矢量加法器依次相连。
进一步的，所述定向耦合器与读写器发射机的发射端相连。
进一步的，所述矢量加法器为数字可调矢量加法器，由三个跨导级和一个共用负载级组成，跨导级采用差分源极负反馈结构。
进一步的，所述正交信号发生器采用单级RC-CR网络产生正交信号。
进一步的，所述功率检测器通过自混频方式实现。
进一步的，所述多路选择器通过使用反相器连接的控制信号PHT与PHTN实现对两路信号输入的选择功能。
进一步的，所述环形器与读写器发射机的接收端相连。
本实用新型具有如下有益效果：所述矢量加法器的其中两个跨导级可通过调节其负反馈电阻实现其等效跨导可调；采用单级RC-CR网络产生正交信号通过矢量加法器来调节I/Q两路载波抵消参考信号的幅度，对RC-CR网络输出的I/Q两路信号的幅度失配有较高的容忍度；本实用新型可消除载波泄漏信号较高的香农噪声对读写器接收机灵敏度的恶化。
附图说明
图1为本实用新型系统示意图；
图2为UHF RFID读写器接收机构示意图；
图3为矢量加法器电路示意图；
图4为正交信号发生器电路示意图；
图5为功率检测器电路示意图；
图6为多路选择器电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，包括定向耦合器、正交信号发生器、矢量加法器、功率检测器、多路选择器、相移器、环形器和射频巴伦，定向耦合器与正交信号发生器相连，正交信号发生器分别与矢量加法器及多路选择器相连，矢量加法器与功率检测器相连，定向耦合器、相移器、环形器、射频巴伦和矢量加法器依次相连。
具体地，本实用新型利用定向耦合器，在读写器发射机发射端获得用于载波消除的参考信号源，该信号源通过正交信号发生器产生I/Q两路载波消除参考信号，与含有载波泄漏的射频标签信号一起通过矢量加法器处理，从而实现载波泄漏消除。
所述矢量加法器为数字可调矢量加法器，由三个跨导级和一个共用负载级组成，跨导级采用差分源极负反馈结构，其中两个跨导级可通过调节其负反馈电阻实现其等效跨导可调。信号通过跨导级实现矢量相加。正交信号发生器输出的I/Q两路载波消除参考信号与载波泄漏信号同源，作为下混频的本振信号。该信号经多路选择器输出，与载波泄漏信号下混频至直流，从而消除载波泄漏信号较高的相位噪声对读写器接收机灵敏度的恶化。
如图3所示，矢量加法器的负载级由差分电感L、隔直电容C0和电容C1组成（后级所贡献的容性负载较小，可以忽略）。优化电感电容值以达到最大增益。经正交信号发生器产生的I/Q两路正交载波消除参考信号输入到可调跨导级，含有载波泄漏的有用标签信号输入到恒定跨导级，有用信号经负载级、输出缓冲级送给下级电路。
如图4所示，所述正交信号发生器采用单级RC-CR网络产生正交信号。单级RC-CR网络虽然对任意频率的输入信号，均能输出正交I/Q两路信号，但仅在ω=1/RC一个频率点，I/Q两路输出信号的幅度才相同，在其他频率点都会产生幅度失配。通过多级RC-CR网络的级联可以在较宽的频率处获得较小I/Q幅度失配，但是会引入更多的损耗。由于需要处理10dBm的载波泄漏信号，需要10dBm左右的载波泄漏参考信号，该信号由发射端通过定向耦合器获取，然后通过本级RC-CR网络产生正交I/Q两路信号，为了降低定向耦合器的成本以及后级电路的功耗，RC-CR网络的损耗越小越好。因此该级电路的损耗和输出I/Q信号的幅度失配需要折衷考虑。采用单级RC-CR网络产生正交信号通过矢量加法器来调节I/Q两路载波抵消参考信号的幅度，对RC-CR网络输出的I/Q两路信号的幅度失配有较高的容忍度。
如图5所示，所述功率检测器通过自混频方式实现。输入射频信号VIN+、VIN-分别经耦合电容C2、C3耦合到M2、M1管子的栅极。漏端输入的射频信号与栅端输入的射频信号经M1、M2实现自混频功能，然后又M5、C5、C4组成的低通滤波器滤除高频分量，从而得到直流电平输出。
C0、C1为隔直电容，C2、C3为耦合电容，R1、R2、R3、R4均为偏置电阻，M1、M2管子的漏端电压由电流镜产生，管子工作在临界导通状态，漏源端电位几乎相等，因此漏端偏置电压决定了输出端的直流电平。由于处于临界导通状态的管子M1、M2对偏置电压的变化非常敏感，为了不使管子截止，图中由于B点电位等于D点电位，A点电位等于C点电位，PMOS管M8、M9组成源跟随器结构，M8为电流源。当电流一定时，C、D两点的电位差为一定值，从而A、B两点之间的电位差也为定值。即通过M9管稳定的栅源电压差来钳制M1管和M2管的栅源两端的电压差。因此通过这种方式来稳定管子的直流偏置。
如图6所示，所述多路选择器通过使用反相器连接的控制信号PHT与PHTN实现对两路信号输入的选择功能。当PHT为高电平时，PHTN为低电平，M5导通、M7关断，直流偏置电压VBIAS加到M6管栅极，M6管导通，信号PHASE0与PHASE180经M1管和M2管漏端输出；此时M8关断，M10管导通，M9管栅级电压被拉到地电位，M9管关断，信号DIVP与DIVN路径关断；同理当PHT为低电平时，PHTN为高电平时，信号DIVP与DIVN信号经M3管和M4管漏端输出，信号PHASE0与PHASE180路径关断。
所述环形器、定向耦合器、射频巴伦均为片外元件，其中环形器的仿真模型采用M/A-COM公司提供的MAFRIN系列隔离度为20dB的环形器的S2P文件。定向耦合器的仿真模型采用Anara Xinger系列提供的model XC0900A-05 定向耦合器的S4P文件。
实际环境中，载波泄漏信号的大小以及相位都会受环境变化很大，因此载波泄漏消除系统需要对不同幅度以及不同相位的载波泄漏信号都能进行消除。通过在输入端加入相移器来模拟不同相位的载波泄漏信号，通过改变环形器的隔离度来调整载波泄漏信号的大小。实现相移功能的相移器由Verilog-A代码实现。
本实用新型标签信号与载波泄漏信号由左边输入，从发射端经定向耦合器耦合端得到的载波消除参考信号从下方输入，PLL提供的本振信号经多路选择器下方输入，多路选择器的载波消除后信号从右边输出到缓冲级，功率检测器及载波消除后信号均从右边输出。
Claims (7)
1.一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：包括定向耦合器、正交信号发生器、矢量加法器、功率检测器、多路选择器、相移器、环形器和射频巴伦，定向耦合器与正交信号发生器相连，正交信号发生器分别与矢量加法器及多路选择器相连，矢量加法器与功率检测器相连，定向耦合器、相移器、环形器、射频巴伦和矢量加法器依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述定向耦合器与读写器发射机的发射端相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述矢量加法器为数字可调矢量加法器，由三个跨导级和一个共用负载级组成，跨导级采用差分源极负反馈结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述正交信号发生器采用单级RC-CR网络产生正交信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述功率检测器通过自混频方式实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述多路选择器通过使用反相器连接的控制信号PHT与PHTN实现对两路信号输入的选择功能。
7.根据权利要求1所述的一种基于UHF RFID读写器的载波泄漏消除系统，其特征在于：所述环形器与读写器发射机的接收端相连。
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| CN106209158B (zh) * | 2016-08-23 | 2023-11-28 | 池州睿成微电子有限公司 | 一种基于uhf rfid读写器的载波泄漏消除系统 |
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