1、本 科 毕 业 设 计（论 文）题 目：UHF RFID 载波消除电路的设计与检测学 号： 1042402025 姓 名： 张炎峰所在学院： 城市轨道交通学院 专 业： 10 控制工程 指导老师： 张立军日 期： 2014 年 5 月 9 日目 录摘 要 .1ABSTRACT .2第一章 绪论 .41.1 研究背景 .41.2 UHF RFID 读写器的研究现状 .5第二章 UHF RFID 读写器载波消除电路基本应用知识分析 .72.1 UHF RFID 所应用的通信协议的了解及分析（EPC Global C1 G2 协议） .72.2 UHF RFID 的系统信道分析 .72.3 UHF
2、RFID 读写器载波泄露系统分析 .8第三章 载波消除电路的设计与分析 .113.1 电路设计的难点分析 .113.2 载波消除电路的分析介绍 .113.3 载波消除电路性能的分析 .143.3.1 载波消除电路的电压增益 .143.3.2 共模输入到共模输出的电压增益 .153.4 载波消除电路仿真与测试之前的部分分析 .163.5 版图设计 .173.6 载波消除电路的仿真 .18总结 .22参考文献 .23致 谢 .24摘要本文对 UHF RFID 读写器载波消除电路进行了系统分析及研究，以此设计出了载波消除电路，画出了 PCB 图，并在实际电路中进行数据检测和分析，进而对电路图进一步改
3、进，最终实现了效果优异的载波消除电路的设计。本文首先对 UHF RFID 系统协议和系统信道进行分析，进而计算出了读写器接收机系统的性能指标；然后对 UHF RFID 存在载波泄露的部分进行电路分析，了解 UHF RFID 载波泄露的原因，并对 UHF RFID 载波泄露进行定量分析；然后查阅资料，了解载波消除电路的基本原理，并分析设计载波消除电路的主要难点，并提出该问题的解决方案，进而分析出载波消除电路各部分的设计要求。在做了前部分的准备之后，初步设计出载波消除电路的原理图，学习版图绘制软件，及对射频电路布线规则的了解，为后续版图的设计做准备。在我已经对绘制版图的软件比较熟悉和掌握的基础上，
4、开始尝试将设计好的载波消除电路进行版图的绘制，在这过程中可能会遇到各种问题，我可以通过查书、向老师请教等途径，一定要克服并记录下来。绘制完成后可以进行电路仿真，并对仿真的数据进行分析，看看我设计的载波消除电路是否起作用。关键词：载波消除，超高频，绘制电路版图，泄露信号，电路设计，仿真数据AbstractEliminate circuit in this paper, the UHF RFID read-write device carrier has carried on the systematic analysis and research designed the carrier to
5、draw the PCB diagram， finally achieved good effect of carrier to eliminate circuit design.This article first analyze the UHF RFID system protocol and channel, and then calculate the read/write device performance of the receiver system; Then the UHF RFID existing carrier reveal that part of the circu
6、it analysis, understand the reason for the leaking of the UHF RFID carrier, and carries on the quantitative analysis of UHF RFID carrier leak; Then check data, understand the basic principles of the carrier to eliminate circuit, and analysis of the main difficulties of eliminating circuit design car
7、rier, and put forward the solution of the problem, and then analysis the carrier to eliminate various parts of the circuit and the design requirements.In preparing for the first part, after the preliminary design to eliminate the carrier circuit schematic diagram, learning map mapping software, and
8、the understanding of the RF circuit wiring rules, prepare the way for subsequent landscape design.I have to draw the map software, on the basis of familiar with and master, began to try to design a good carrier to eliminate circuit layout drawing, may encounter various problems in this process, I ca
9、n look up the book and ask the teacher, must overcome and recorded. Drawing can be done after the completion of the circuit simulation, and the simulation analysis of the data to see if the carrier to eliminate circuit I designed.Key words: carrier-leakage cancellation, ultrahigh frequency, Draw the
10、 circuit layout, carrier, Let the cat out of the signal, circuit design，simulation data第一章 绪论1.1 研究背景射频识别技术，是一种有关通信方面的技术，可以通过使用无线电磁波并且这些电磁波可以通过调幅调频来识别具有一定特征的目标并读写出相关数据，而不需要通过电路方面或者其他光学等方面的连接，正真做到无线使用。常用的频率有以下几个：低频（125 KHZ134 KHZ） 、高频（13.5 MHZ） 、超高频段，射频段等频段。RFID 读写器还分成可移动形式的和只能固定在某个位置的，目前 RFID 技术已经被社
11、会广泛的应用了，比如在以下的一些情况下：学生食堂刷卡，电子门禁刷卡系统，图书馆的借书电子登记等。一个典型的 RFID 系统有两部分组成：应答器和阅读器。应答器：一般是由天线，起耦合作用的一些电子元件及一些用于控制的芯片组成，一般情况下我们都偏向使用无源的标签来作为标准的应答器使用，我们给每个标签编码上唯一的电子编码，将这样的电子标签黏贴到物体上用来标识目标，由于有唯一的电子编码，所以可以唯一的确定标识物。阅读器：一般是由天线，起耦合作用的一些电子元件及一些用于控制的芯片组成，用来读取无源标签上返回的信号所携带的信息的设备。对于读写器，一般我们可以设定为移动手持式的 RFID 读写器（类似手机式
12、的）或者是固定在某个位置的读写器。无线电磁波 RFID 读写器的技术是首先在低频段领域内得到较为普遍的应用和发展的。这个频率段主要是通过电感耦合的物理原理来进行工作的，换句话来解释就是这样在读写器所用到的线圈上和感应器所用到的线圈上存在着类似变压器那样的耦合作用。通过读写器发射的无线电磁波产生交变磁场的作用下，在感应器天线的线圈中感应得到电压，并将这些电压进行整流，得到的能量可作为供电电压使用。图 1.1 无线电磁波读写器 RFID 的基本组成部分与那些低频段的读写器不同的是在高频率的读写器中我们不需要通过绕制线圈来进行耦合，我们可以通过腐蚀的方法或者印刷电路的方法来制作天线。对于感应器我们一
13、般是通过对负载的大小进行改变的方式进行工作。换个方式解释就是通过对感应器上的负载电阻的大小的改变来促使读写器天线上的电压发生变化，从而实现对无线电磁波的振幅调制的方法。如果我们通过程序数据控制负载电路的接通和断开，那么这些电磁波上所携带的数据就能够从感应器上传输到读写器上。对于超高频读写器而言系统是通过电磁场的方式来传输能量的。对于这个超高频段的系统而言，由于信号的频率比较高，读取的距离也就相对比较远，通过电容耦合的方式实现的情况下读写距离甚至可以达到十几米。1.2 UHF RFID 读写器的研究现状超高频读写器无线自动识别技术是一种比较新兴的 RFID 技术，由于它的应用系统中使用了超高频的
14、电磁波，所以读写距离特别远，具有能一次能够读取较多无源标签的能力、可以反复多次的进行读写、存储空间特别大用于存储大量的数据，所使用的无源标签成本比较的低、其占用的空间体积比较的小，使用起来很方便，可靠性和稳定性都比较的高，可在具有高速运行的物体上所使用，还能够抗自然环境的干扰等等特点。因此得到了世界各国尤其是军方的注意。近年来，由于国际的大力推动下，逐步确立了自动识别 RFID 技术在国际上的使用性能标准，另外，由于自动识别 RFID 读写器技术所使用的无源标签的价格正在逐年的降低，使得 RFID 读写器的技术得到更加广泛的使用。但是在 RFID 读写器技术的应用上还是存在一些难点，读写器应用
15、还是处于使用大量芯片构成电路板的情况下使用，使得读写器的成本一直比较高，限制了其价格价格的下降，为 RFID 读写器无线通信技术的进一步发展造成了阻碍。下表 1.2 列举了国内外部分 UHF RFID 的供应商和他们的芯片资料，目前，只有一家公司实现了读写器的单芯片实现，这款芯片使用的分立元件减少了大概百分之六十。只有我们尽快的发展 RFID 技术，尽快的使其成本大幅的降低，我们才能使得这么优异的技术尽快的得到普及和应用。表 1.2 UFH RFID 读写器的部分供应商及其芯片资料供应商 典型产品 工作频率（MHZ） 实现方式RFS-2300 902928福瑞科技RFS-1500 902928
16、分立器件CSL 4-port 915ImpinjCSHL 4-port 915分立器件IP4 UHFIntermecIF5 865/915/950分立器件WJIM 3000 902928WJ communicationsWJC 200 860960单芯片第 2 章 UHF RFID 读写器载波消除电路基本应用知识分析2.1 UHF RFID 所应用的通信协议的了解及分析（EPC Global C1 G2 协议）在 UHF RFID 读写器向无源标签发送调制好的带有通信数据的信号的情况下，通常我们采用脉冲间隔编码 的方式的具有两个边带的振幅移2109)(PIE位键控 的方式、只有一个边带的移位键
17、控 的方式23)(ASKDB )(ASKB进行的。标签通过相同的调制载波进行滤波接受功率。读写器通过发送未调制的载波信号给无源标签供电，无源标签接受功率后给读写发送返回信号。标签通过反向散射调制载波信号实现信息的传递。对于读写器读写必须采用一种编码格式这样才能顺利的使得无线信号能够携带通信数据。一般我们所采用的编码格式是 FM0 或者是 miller-modulatede 的编码格式。对 FM0 和 Miller-modulate 副载波调制信号进行频谱分析，发现两种编码在直流状态均不带有任何能量。由于标签没有单边带的调制功能，使得标签只能通过双边带信号来返回信号，射频信号的带宽为基带信号的两倍左右。2.2 UHF RFID 系统的信道分析实际通信过程中，无线通信时会受到很多因素的影响，比如说：路径损耗、多径衰落、多普勒效应等。但由于实际过程中，标签和读写器之间的相对运动哪怕很快，但是其带给系统的影响仍是很小，我们基本可以忽略不计，所以，UHF RFID 在实际通信过程中，对其造成很大影响的因素主要是路径上的损耗造成的，所以我们只要分析路径上的损耗，就可以近似的估算出 UHF RFID 在实际通信过程中的损耗值大致是多少。（这是我查得得 UFH RFID 无线通信系统的传输通道的功率损耗）2)4(dP
