射频识别阅读器中信道选择滤波器的设计

射频识别（RFID）技术是一种利用无线射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。这项技术主要应用于自动识别、物品追踪、供应链管理等领域。在RFID系统中，阅读器是不可或缺的一部分，它负责发送和接收信号，并通过射频信号与RFID标签进行通信。信道选择滤波器是阅读器中用于选择特定频段信号的关键组件。 UHF（超高频）RFID技术是RFID技术中的一种，其频率范围通常在300MHz至3GHz之间。与低频（LF）和高频（HF）RFID技术相比，UHF RFID技术在较远距离上能提供较高的数据传输速率，因此在物流、仓储管理等领域有着广泛的应用。 本文介绍了一种为UHF RFID模拟基带设计的信道选择滤波器，其工作原理和电路结构。信道选择滤波器能够有效地从射频信号中分离出特定的信号通道，过滤掉非目标频段的干扰信号。在设计信道选择滤波器时，其噪声特性和线性度是需要重点关注的两个参数。 噪声特性指的是滤波器对噪声信号的抑制能力。在RFID系统中，信道选择滤波器需要能够抑制噪声和干扰，以便准确地接收和解码标签发送的信号。理想情况下，滤波器在通带内应该具有较低的插入损耗，在阻带内具有较高的抑制能力。 线性度涉及到滤波器对信号的放大或衰减是否随输入信号的大小成正比。对于RFID阅读器来说，滤波器必须能够处理从标签返回的幅度较大的信号，这意味着滤波器的线性度必须足够高，以确保信号的正确解码。 在UHF RFID系统中，根据EPCglobal C1G2协议要求，接收机的数据速率最高可达640kbit/s，且信号带宽不超过1.28MHz。相应地，信道选择滤波器的带宽需要在0.3MHz到1.3MHz之间可调，以适应不同的数据传输速率。 设计中提到的六阶Chebyshev低通滤波器是一种常见的滤波器设计方法。Chebyshev滤波器有多个优势，包括较陡峭的过渡带斜率和较好的带外抑制特性。但是，Chebyshev滤波器的缺点是在通带内存在一定的幅度波动，这可能会对滤波效果产生一定的影响。 在运算放大器-RC滤波器模式下，运算放大器的性能对滤波器的整体表现至关重要。运算放大器需要有高的开环增益、大的增益带宽积以及足够的相位裕度，以保证滤波器的线性度和稳定性。在设计中，通过增加MOS管的跨导gm和输出电阻ro可以提高运算放大器的增益。 为了解决温度变化对运放噪声的影响，需要使用较大宽长比的PMOS管作为输入管，以及较小宽长比的NMOS管作为负载管。此外，共模反馈电路的引入有助于稳定运放的输出电压，增强运放在不同工艺角下的性能稳定性。 在实际应用中，为了适应不同频率的信号，设计了可调节截止频率的滤波器结构，运用MOS开关控制电路中电阻的大小，以及固定电容，通过数字信号控制开关的通断，实现滤波器截止频率在300kHz到1.3MHz之间的可调性。 通过上述设计，最终得到的信道选择滤波器满足了UHF RFID系统对滤波性能的要求，具体体现在优秀的噪声特性和线性度。此外，随着CMOS工艺的发展，基于CMOS工艺的单片集成阅读器方案将大大降低RFID系统的成本，并为便携式终端设备提供更多的应用可能性。未来，信道选择滤波器有望在多应用整合和便携式设备方面发挥重要作用。