巡檢機具RF數(shù)?；旌辖庹{(diào)電路

陳兵 許國泰 余景原

摘要；本文主要介紹了基于近場通信協(xié)議1444 3設(shè)計的可用于巡檢機具上板級解調(diào)用電路。本文結(jié)合模擬電路與數(shù)字電路的解調(diào)優(yōu)缺點，著重描述了該方案的設(shè)計實現(xiàn)，并介紹了該電路實際的解調(diào)效果與同類型芯片和板級平臺解調(diào)的優(yōu)缺點。

【關(guān)鍵詞】射頻（ RF） 模擬電路 數(shù)字電路

1 巡檢機具RF數(shù)?；旌辖庹{(diào)電路系統(tǒng)設(shè)計

整個電路的設(shè)計思路是把100%的調(diào)制深度和10%的調(diào)制深度能夠統(tǒng)一的用一種電路把副載波的包絡(luò)或者是包絡(luò)邊沿取出來。而在847K的高速波特率下，要取出l00%調(diào)制深度的包絡(luò)是很難實現(xiàn)的。故此在本設(shè)計中，在檢波電路和二階低通濾波電路后，采用微分電路去實現(xiàn)邊沿采集。另一個特色為在最后的數(shù)字化處理電路時，利用RS觸發(fā)器的特性，即同方向電平觸發(fā)不會翻轉(zhuǎn)，巧妙的把載波中的數(shù)據(jù)提取出來。

本文設(shè)計的RF數(shù)模混合解調(diào)電路中，主要包含檢波器電路，二階低通濾波器電路，微分電路，反向放大器電路，比較器1電路、比較器2電路和RS觸發(fā)器電路。電路的特征在于在微分電路后，連接的反向放大器電路和雙比較器電路，反向放大器電路使得TYPE B10%調(diào)制深度的信號能夠達(dá)到閾值范圍，使脈沖信號能夠足夠的放大比較器切割范圍內(nèi)，兩路比較器電路可以根據(jù)是上升沿和下降沿的位置來切割需要的信號分量，傳送到下一級2路端口。在雙比較器電路之后級連RS觸發(fā)器電路，利用RS觸發(fā)器電路的同向電平不會連續(xù)觸發(fā)的特性，把通過比較器電路之后的信號，整理成需要的數(shù)字信號，減少了誤碼率。圖l是本文的RF數(shù)?；旌辖庹{(diào)電路結(jié)構(gòu)圖。

2 電路各模塊設(shè)計

2.1 檢波器電路

在RF的14.5 6M的基波和847K的副載波中，為了提取包絡(luò)，選用二極管檢波法，利用高速開關(guān)的2路二極管級聯(lián)到天線端，對信號進行反向，使基波變?yōu)?7.12M，以便后級濾波電路更方便隔離。檢波二極管選用BAS70肖特基二極管。

2.2 二階低通濾波電路

為了濾除包絡(luò)上的基波殘留，使用二階低通濾波電路，通過一級LC和一級RC進行濾波，使信號只保留需要的數(shù)據(jù)。第一級濾波采用LC回路，源于LC濾波器可以進行諧波補償，不至于在濾波過程中，使信號衰減。而采用lOOuH的電感能夠達(dá)到濾波的目的卻不會產(chǎn)生震蕩，是一個比較可靠的參數(shù)。采用二階濾波電路是為了更有效的濾除基波信號，使后端的微分電路更為可靠的識別脈沖信號。

2.3 微分電路

微分電路是本設(shè)計的一個重點，選用lOOpF的微小電容，對邊沿信號及其敏感，可以把信號邊沿處理為一個邊沿及其陡峭的脈沖。由于微分電路的存在，無論100%調(diào)制深度與10%調(diào)制深度的數(shù)據(jù)，都會形成一個脈沖信號。在高波特率的數(shù)據(jù)進來時，在邊沿的上升時間上要比普通解調(diào)方式高通信號來的短，在這個環(huán)節(jié)可以避免脈寬時間變形。

2.4 反相放大器電路

因微分電路處理的信號電壓幅值過小，尤其是10%調(diào)制深度的TYPEB信號，需要進行放大處理，這里采用高帶寬的軌到軌放大器芯片ADA4891。該芯片為ADI公司生產(chǎn)的專門為高速場合使用的比較器芯片。在.3dB下帶寬可達(dá)220MHz，而壓擺率僅為170V/uS。本設(shè)計中使用該運放搭建反向放大電路。可以把TYPE B的10%低調(diào)制深度信號邊沿也放大到0-3.3V的幅度。放大器中心點電位為1.65V。

2.5 高速比較器電路

本設(shè)計采用的高速比較器芯片為MAX976。MAX976是一款軌到軌的高速比較器芯片，速度可達(dá)50M。2端高速比較器電平為1.7V與1.5V。2端比較器電路可以把上升沿信號和下降沿信號通過比較電平進行切割提取。這里脈沖的信號會經(jīng)過比較器2次采樣出現(xiàn)跳變，無法保持，需要后續(xù)的RS觸發(fā)器進行鎖定。在EMC環(huán)境較差的環(huán)境下，可以適當(dāng)放寬比較器電路的2個比較電平，可以有效濾除更多雜波。

2.6 RS觸發(fā)器

本設(shè)計的RS觸發(fā)器使用一片74LVCOO進行搭建。利用其中的2個與非門形成一個RS觸發(fā)器回路。信號經(jīng)過由2個與非門組成的RS觸發(fā)器電路整形，得到解調(diào)需要的波形。

RS觸發(fā)器的邏輯方程為S'+R'=l（S和R代表的是S和R的取反和）。

根據(jù)上述兩個式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系：

S'=O，R'=1：無論觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài)，由于S=l，則Q=l，Q非=o，觸發(fā)器處于“1”態(tài)。觸發(fā)器的狀態(tài)是由S所決定的，稱S為直接置位端。

S'=l，R'=0：無論觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài)，由于R=O，則Q=0，Q非=1，觸發(fā)器處于“O”態(tài)（。觸發(fā)器的狀態(tài)是由R所決定的，稱R為直接復(fù)位端。

S'=l，R'=1：觸發(fā)器維持原來狀態(tài)不變。

s'=o，R'=O：此時無法確定觸發(fā)器的狀態(tài)。一般這是不允許的，因此觸發(fā)器的輸入端S、R不能同時為1。

由此，可以確定RS觸發(fā)器的四類情況。

（1）當(dāng)觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端Q和Q有兩種互補的穩(wěn)定狀態(tài)。一般規(guī)定觸發(fā)器O端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。通常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài)，實際是指它的Q端的狀態(tài)。Q=l、Q非=0時，稱觸發(fā)器處于1態(tài)，反之觸發(fā)器處于O態(tài)。R=l，S=o，使觸發(fā)器置1，或稱置位。因置位的決定條件是S=0，故稱S端為置1端。R=O，S=l時，使觸發(fā)器置O，或稱復(fù)位。

（2）若觸發(fā)器原來為1態(tài)，欲使之變?yōu)镺態(tài)，必須令R端的電平由l變O，S端的電平由O變1。這里所加的輸入信號稱為觸發(fā)信號，由它們導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號是電平，因此這種觸發(fā)器稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看，它只能在S和R的作用下置0和置1，所以又稱為置0置1觸發(fā)器，或稱為置位復(fù)位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖7.2.1（b）所示。由于置0或置1都是觸發(fā)信號低電平有效。

（3）當(dāng)RS端均無效時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。

觸發(fā)器保持狀態(tài)時，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時，要求在某一輸入端加一負(fù)脈沖，例如在S端加負(fù)脈沖使觸發(fā)器置1，該脈沖信號回到高電平后，觸發(fā)器仍維持1狀態(tài)不變，相當(dāng)于把S端某一時刻的電平信號存儲起來。

（4）當(dāng)RS端均有效時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定。

在此條件下，兩個與非門的輸出端Q和0非全為1，在兩個輸入信號都同時撤去（回到1）后，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1還是O，因此稱這種情況為不定狀態(tài)，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。

所以，本設(shè)計中，利用了以上規(guī)則的第3條，可以保持解調(diào)信號的穩(wěn)定，而又不會出現(xiàn)第4條的不穩(wěn)定態(tài)，完美的解決了微分雙次邊沿的問題。

2.7 電路硬件原理圖

所有硬件模塊的集合形成了該系統(tǒng)電路。系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。

3 電路實測效果

整個電路工作在13.56M的場強下，按照RFID卡片與天線10nim的距離實測情況，如圖3實測波形所示。

圖中示波器黃色通道顯示的是空氣中場強信號，由示波器探頭自回環(huán)形成。綠色通道為解調(diào)后所形成解調(diào)波形。解調(diào)波形非常規(guī)則，與100%調(diào)制深度的凹槽基本無延遲，該測試結(jié)果證明該電路對于高速信號的響應(yīng)是非常及時的。

4 結(jié)論

巡檢機具RF數(shù)模混合解調(diào)電路目前已經(jīng)投入我司“客戶通信機房設(shè)備模塊巡檢維護服務(wù)”項目中的巡檢機具設(shè)備內(nèi)實用，實際使用過程中也證明了該電路設(shè)計發(fā)揮了較大的作用。

在目前的使用過程中，也發(fā)現(xiàn)了幾處缺點，如在解調(diào)過程中，一幀的結(jié)尾，因為RS觸發(fā)器的現(xiàn)場保持的原因，導(dǎo)致會保持到下一幀的開始才會改變，雖不影響使用，但與傳統(tǒng)設(shè)計和信號狀態(tài)的設(shè)置不同，易引發(fā)誤解；本設(shè)計對于沒有POR信號的系統(tǒng)存在兼容性問題，會導(dǎo)致首字節(jié)的解析出現(xiàn)錯誤。故后續(xù)還需要進一步研究和改進設(shè)計，例如引入其他信號來確定幀的起始和結(jié)束等，提高設(shè)計的完善性和兼容性。