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(jī)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(diǎn)，著重描述了該方案的設(shè)計實(shí)現(xiàn)，并介紹了該電路實(shí)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(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】射頻（ RF） 模擬電路 數(shù)字電路

1 巡檢機(jī)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(shí)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(shí)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)?；旌辖庹{(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(jìn)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(jìn)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(jìn)行諧波補(bǔ)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(diǎn)，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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(bǔ)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(shí)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(shí)測效果

整個電路工作在13.56M的場強(qiáng)下，按照RFID卡片與天線10nim的距離實(shí)測情況，如圖3實(shí)測波形所示。

圖中示波器黃色通道顯示的是空氣中場強(qiáng)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(jī)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(jī)房設(shè)備模塊巡檢維護(hù)服務(wù)”項目中的巡檢機(jī)具設(shè)備內(nèi)實(shí)用，實(shí)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(diǎn)，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(jìn)一步研究和改進(jìn)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。