物聯(lián)傳媒 旗下網(wǎng)站
登錄 注冊
射頻前端
  • 本方案接收機射頻前端系統(tǒng)基于軟件無線電理論來設計和實現(xiàn)，以達到建立一個通用化、標準化、模塊化的接收機射頻前端系統(tǒng)仿真平臺的目標。
  • 射頻前端(RFFE, Radio Frequency Front-End)芯片是實現(xiàn)手機及各類移動終端通信功能的核心元器件，全球市場超過百億美金級別。
  • 5G時代，終端成為各行業(yè)關注的焦點。終端是最接近用戶的部分，直接影響用戶的5G體驗
  • 根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)顯示，2017 年手機射頻前端中射頻 PA 市場規(guī)模約 50 億美元，在整個射頻前端中價值量占比 35%，僅次于濾波器，也是射頻前端價值量最高的單類型芯片。
  • 本文介紹的射頻前端 MMIC 將在未來的 28GHz 頻段 5G 系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵作用。
  • 手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發(fā)、基帶構(gòu)成，其中射頻前端是指介于天線與射頻收發(fā)之間的通信元件，是終端通信的核心組成器件。
  • 在過往的很多報道中提過，5G 的到來會給射頻前端帶來巨大的影響。
  • 超高頻射頻識別(UHF RFID)系統(tǒng)已廣泛應用于資產(chǎn)管理、服裝零售等領域。
  • 5G智能手機的市場反應能力在這一個新的無線技術的轉(zhuǎn)型初期是前所未有的，與之前的4G LTE演進不同，更多的手機廠商會第一時間將新設備提供給客戶;不僅是關鍵的調(diào)制解調(diào)器套片與射頻前端(RFEE)元器件在設計周期的早期階段就可以提供給廠商，還因為這些解決方案都是完整的“調(diào)制解調(diào)器到天線”設計，從而進一步加快初代5G智能手機投放市場的速度。
  • 終端設備的無線通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊(RF FEM)、射頻收發(fā)模塊、以及基帶信號處理器四部分。其中射頻前端是無線連接的核心，是在天線和射頻收發(fā)模塊間實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的基礎零件。
  • 射頻前端即RadioFrequencyFront-End，簡稱RFFE，是天線和射頻收發(fā)機之間的射頻電路部分。通俗的理解方式就是靠近天線部分的設備就是射頻前端。
  • 現(xiàn)代民用及軍用設施使用電子設備繁多，電磁環(huán)境復雜，相互干擾嚴重。一般地，車、船和飛機上的通信設備收發(fā)機都集成在一起。以短波通信設備為例，發(fā)射機的殘余信號在接收機輸入端產(chǎn)生的電平達120dBμV(即13dBm)或更高。而接收機所需接收的微弱信號電平可能僅-6～0dBμV(即-117～-113dBm)。
  • 由于超高頻RFID的接收和發(fā)射頻率相同，讀卡器結(jié)構(gòu)基本為零中頻結(jié)構(gòu)。零中頻結(jié)構(gòu)的接收機射頻前端沒有選擇濾波器，對鄰近頻率的信號抗干擾能力很弱。我國在《800/900 MHz頻段射頻識別(RFID)技術應用規(guī)定(試行)》中規(guī)定的跳頻間隔為250 kHz，這對零中頻結(jié)構(gòu)的RFID讀卡器在多詢問機環(huán)境下工作是一個很大的技術難點。所以，在現(xiàn)階段的多詢問機環(huán)境下工作的UHF RFID讀卡器，基本是工作于時分復用方式。在讀卡器中加入單刀多擲開關(Single Pole 4Throw，SP4T)，本機輪詢4個天線，可以取代另外的3個讀卡器，降低整個系統(tǒng)成本。
  • 巴倫(Balun)也稱平衡轉(zhuǎn)換器，是微波平衡混頻器、倍頻器、推挽放大器和天線饋電網(wǎng)絡等平衡電路布局的關鍵部件，可以說是無線局域網(wǎng)射頻前端電路設計的一項關鍵技術，直接影響著無線通信的性能和質(zhì)量。而差分天線饋線的主要任務就是高效率的傳輸功率，同時要保證對稱陣子的平衡饋電。而在超短波頻段，如果采用平行雙導線做其饋電，雖然能保證這種平衡性，但由于其開放式的結(jié)構(gòu)，將會產(chǎn)生強烈的反射，為防止電磁能量的漏失和不易受氣候和環(huán)境等因素的影響，饋線通常采用屏蔽式同軸電纜，但如果直接與天線端相連，將會破壞天線本身的對稱性。這種不平衡現(xiàn)象不僅改變了天線的輸入阻抗匹配，而且使天線方向圖發(fā)生畸變。
  • RFID系統(tǒng)的基本工作原理是：標簽進入讀寫器發(fā)射射頻場后，將天線獲得的感應電流經(jīng)升壓電路后作為芯片的電源，同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路變?yōu)閿?shù)字信號送入邏輯控制電路進行處理，需要回復的信息則從標簽存儲器發(fā)出，經(jīng)邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回讀寫器。
  • 射頻識別(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)感知環(huán)節(jié)識別物體、采集信息的重要手段[1-2]。近年物聯(lián)網(wǎng)被世界各國作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)加以培育和發(fā)展，RFID已經(jīng)成為通信和電子領域的一個關鍵技術，引起了廣泛關注。振蕩器是RFID射頻前端的關鍵模塊，低功耗和小體積是RFID的兩個重要性能指標[3-4]。但目前射頻振蕩器主要采用壓控振蕩器(VCO)[5]，由于VCO同時采用晶體管和二極管兩個有源器件，很難滿足RFID對低復雜度的要求，需要針對RFID研究新的振蕩器設計方法。
  • 在超高頻段，ISO18000-6標準中的6B多用于交通領域，而6C主要用于物流、生產(chǎn)管理和供應鏈管理領域，二者都是目前常用的標準協(xié)議。鑒于此，提出一種同時支持ISO18000-6B和6C雙協(xié)議超高頻RFID讀寫器的設計。該設計采用基于專用芯片AS3992的射頻前端模塊和以LM3S8962為主的控制模塊，搭載μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)，通過程序進行串口初始化、AS3992驅(qū)動、防碰撞算法、CRC校驗和寄存器的讀寫操作等實現(xiàn)對電子標簽的遠距離操作。本系統(tǒng)具有開發(fā)簡單、功耗低、體積小、成本低的特點。
  • 在此針對ISO18000-6C/B標準，研究和分析了UHF RFID無源標簽芯片的系統(tǒng)組成以及模擬射頻前端的電路方案?；贑adence Spectre設計仿真平臺和TSMCO.18μm CMOS混合信號工藝，對模擬射頻前端的整流電路、穩(wěn)壓電路、ASK調(diào)制/解調(diào)電路、上電復位電路、時鐘產(chǎn)生電路等核心模塊進行了設計與仿真，通過MPW項目流片實現(xiàn)。最后，給出了芯片各模塊的測試結(jié)果。
  • 實現(xiàn)了一種基于MP300讀卡器電路的射頻前端電路仿真模型。通過對讀卡器的發(fā)射線圈及場強標定線圈等進行分析和建模，結(jié)合ISO14443對RFID模擬前端電路的要求，搭建了與測試條件高度吻合的仿真電路模型。模型中射頻發(fā)射線圈、場強標定線圈及標簽線圈之間的電磁耦合用耦合系數(shù)k表示。經(jīng)測試驗證，該仿真模型在1.5 A/m~7.5 A/m場強下對待測卡片電源獲取、時鐘獲取、信號解調(diào)、信號調(diào)制及信號串擾等方面的仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果的一致性較好，能幫助模擬前端芯片設計快速收斂至設計目標。
  • 利用Xilinx的FPGA設計了一個FPGA原型驗證平臺，用于無源高頻電子標簽芯片的功能驗證。主要描述了驗證平臺的硬件設計，解決了由分立元件實現(xiàn)模擬射頻前端電路時存在的問題，提出了FPGA器件選型原則和天線設計的理論模型。同時，給出了驗證平臺的測試結(jié)果，通過實際的測試證明了驗證平臺設計的正確性和可靠性。該驗證平臺有力地支撐了RFID芯片的功能驗證，大大提高了標簽芯片的投片成功率。
  • 使用分立元件搭建的新型超高頻讀寫器方案設計靈活，相比于一些讀寫器使用集成芯片，這種方法可以大大縮減設計成本，且其性能毫不遜色于市面上大多數(shù)讀寫器。讀寫器系統(tǒng)包括了軟件和硬件兩部分，在這里重點講述其硬件電路的設計并同時介紹軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)。系統(tǒng)的硬件主要包含了基帶信號的處理部分和射頻前端，在處理器上配套運行的軟件系統(tǒng)主要包括了協(xié)議處理、編解碼、硬件系統(tǒng)的控制以及與上位機的通信。
  • 提出了一種基于ISO/IEC15693 協(xié)議的標簽芯片編解碼系統(tǒng)設計的實現(xiàn)方法，使編解碼更加完整準確。采用Verilog HDL建立RTL模型，用ModelSim進行功能仿真，并在Altera DE2-115與射頻前端搭建的平臺上進行了FPGA驗證。最后不僅功能驗證正確，而且比協(xié)議中要求的識別凹槽寬度范圍廣，處理更加靈活，同時減小了射頻前端模擬解調(diào)的壓力。對其他編解碼系統(tǒng)的實現(xiàn)也有一定的借鑒意義。
  • 提出一種新的基于nRF2401射頻芯片和MSP430單片機的腕帶式有源電子標簽設計，包括硬件匹配電路設計、天線設計以及軟件編程設計。該有源電子標簽工作于2.45GHz,采用內(nèi)設豐富且功能強大的無線收發(fā)模塊nRF2401作為射頻前端，外圍電路極少，滿足腕帶式電子標簽體積小的設計要求;采用低功耗高性能的MSP430單片機作為微控制器，數(shù)據(jù)處理速度快并且兼顧低功耗的要求。測試結(jié)果證明，該標簽整體性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，工作距離可達70m。
  • 一般來說，整個無線通信IC依功能可以分成三部分：首先為負責接收/發(fā)送射頻信號的射頻IC(Radio Frequency IC)，此部分屬于射頻前端，為純粹的模擬電路設計；其次為負責二次升/降頻與調(diào)制/解調(diào)功能的中頻電路(IF IC)，以及與鎖相回路(PLL)、頻率合成器(Synthesizer)等組件，目前此段多屬于模擬/數(shù)字的混和模式(mixed mode)的電路；最后則是負責A/D、D/A、信號處理器及CPU等純數(shù)字部分的基頻IC(Baseband IC)。
  • 由于超高頻RFID的接收和發(fā)射頻率相同，讀卡器結(jié)構(gòu)基本為零中頻結(jié)構(gòu)。零中頻結(jié)構(gòu)的接收機射頻前端沒有選擇濾波器，對鄰近頻率的信號抗干擾能力很弱。我國在《800／900 MHz頻段射頻識別(RFID)技術應用規(guī)定(試行)》中規(guī)定的跳頻間隔為250 kHz，這對零中頻結(jié)構(gòu)的RFID讀卡器在多詢問機環(huán)境下工作是一個很大的技術難點。
  • 2.4GHz工業(yè) 科學 醫(yī)療設備(ISM)是全世界公開通用使用的無線頻段，藍牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、 ZigBee等短距離無線數(shù)據(jù)通信均工作在2.4GHz ISM頻段。
  • 無線識別(RFID，Radio Frequency Identification)技術即將成為產(chǎn)業(yè)的關鍵技術之一，除了對現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)帶來正面的影響外，還可能為行動通訊帶來新的商機。本文概括的介紹了現(xiàn)行RFID的系統(tǒng)架構(gòu)以及相關應用，并且以芯片中心的標簽芯片為例子，介紹EPCglobal Class 1 Gen. 2標簽的射頻前端架構(gòu)的設計。
  • 本文研究了直接下變頻接收機的原理和實現(xiàn)方案，并成功的用軟硬件平臺對其實現(xiàn)。本文的創(chuàng)新點在于成功的實現(xiàn)了直接下變頻接收機，在運用鎖相環(huán)電路實現(xiàn)2.4G本地振蕩信號，試驗結(jié)果表明在2.4G高頻之下鎖相環(huán)有鎖定時間短，相位噪聲小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點。同時說明了實際工程中需要注意的問題和克服直接下變頻接收機固有缺陷的途徑，實測結(jié)果表明接收機性能良好，指標都達到了系統(tǒng)設計要求。