煤礦用RFID信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】在研制煤礦用各種RFID實(shí)用系統(tǒng)的過(guò)程中，需要多次實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)信號(hào)接收設(shè)備對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的分析處理能力，一個(gè)性能優(yōu)良的目標(biāo)回波模擬器要求能夠精確的產(chǎn)生任意波形信號(hào)。本論文基于PCI總線的AD9857基帶數(shù)字正交調(diào)制卡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該信號(hào)產(chǎn)生卡的控制，利用其調(diào)制線性調(diào)頻信號(hào)和步進(jìn)頻率信號(hào)，并與Matlab的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

【關(guān)鍵詞】RFID信號(hào)發(fā)生器線性調(diào)頻PCI

一、引言

RFID（Radio Frequency Identification）是無(wú)線射頻識(shí)別的縮寫(xiě)，其在煤礦的資產(chǎn)管理、食品溯源、高值物品管理等等多個(gè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，相關(guān)應(yīng)用工程也成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)推動(dòng)的應(yīng)用項(xiàng)目[1]。我國(guó)的大多數(shù)煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中都采用了各種各樣的煤礦管理系統(tǒng)工程，隨著RFID技術(shù)的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)煤礦也開(kāi)始使用RFID技術(shù)進(jìn)行管理。在開(kāi)發(fā)各種煤礦用RFID應(yīng)用系統(tǒng)的過(guò)程中，需要多次實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)接受裝置對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的分析處理能力。如果調(diào)試和性能鑒定都采用實(shí)景驗(yàn)證的方法對(duì)接受裝置進(jìn)行調(diào)試和性能分析，不僅要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，也使開(kāi)發(fā)周期加長(zhǎng)；而且由于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的限制，很多場(chǎng)景下其性能及指標(biāo)測(cè)試難以在完全真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行[2]。近些年來(lái)煤礦用RFID信號(hào)模擬技術(shù)相應(yīng)得到重視，各國(guó)研制出了許多型號(hào)的信號(hào)模擬器。而煤礦用RFID信號(hào)模擬器從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一個(gè)性能優(yōu)良的信號(hào)產(chǎn)生器[3]。

二、RFID信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由一塊PCI總線接口卡和一個(gè)中頻組合組成。該數(shù)字式正交調(diào)制器組合的工作原理是將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算的基帶數(shù)據(jù)，通過(guò)PCI總線接口卡，將I、Q兩路輸入數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中進(jìn)行交迭緩存，輸出14bit的并行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)給基帶正交調(diào)制部分；基帶正交調(diào)制模塊，利用數(shù)字正交調(diào)制的方法，將輸入的I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字上變頻，輸出基帶調(diào)制信號(hào)，本設(shè)計(jì)中使用的基帶調(diào)制板的參考時(shí)鐘為80MHz。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示[4]。

為了協(xié)調(diào)高速總線與正交調(diào)制器芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。本設(shè)計(jì)采用高速的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。選用IDT公司的高速先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）作為存儲(chǔ)器，其最大訪問(wèn)延遲為25ns。

邏輯控制電路部分主要用于產(chǎn)生FIFO的讀、寫(xiě)信號(hào)和AD9857所需的信號(hào)。FIFO的讀信號(hào)由PLX9052的片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)共同決定。在FIFO的讀信號(hào)/R的下降沿將數(shù)據(jù)從FIFO中讀出，在AD9857的PDCLK的上升沿將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制輸出。時(shí)序關(guān)系如圖所示。在一組數(shù)據(jù)讀完后而新一組的數(shù)據(jù)未更新時(shí)，要求重復(fù)發(fā)送當(dāng)前的這組數(shù)據(jù)，這可以利用FIFO的/EF標(biāo)志連至重發(fā)/RT端來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)制器的數(shù)字部分使用兩套FIFO，保證輸出信號(hào)的無(wú)縫切換[5]。

PDCLK、TX Enable和FIFO讀信號(hào)之間的關(guān)系如圖2所示。

2.2基帶數(shù)字正交調(diào)制模塊

基于PCI總線的基帶數(shù)字正交調(diào)制卡的功能是將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算的基帶數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)接口卡，利用數(shù)字正交調(diào)制的方法，輸出基帶調(diào)制信號(hào)。其原理框圖如圖3所示。

采用AD公司的AD9857數(shù)字上變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字正交調(diào)制功能。AD9857芯片具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，在65MHz（100kHz）的輸出頻率上，具有80dB的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）。

（4）

式中：N為頻率步進(jìn)數(shù)，Tr為脈沖重復(fù)周期，子為發(fā)射脈沖寬度，f0為載波起始頻率，Δf為頻率步進(jìn)間隔[8]。

現(xiàn)取N=4，Tr=0.0025s，子=0.00125s，f0=13kHz，Δf=10kHz，得步進(jìn)頻率信號(hào)的時(shí)域如圖6，如果加入信噪比為10db的高斯白噪聲，則時(shí)域?yàn)閳D7。

四、結(jié)論

本文主要圍繞基于PCI總線的基帶數(shù)字正交調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)系統(tǒng)中的一些主要參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，并利用Matlab分析了非平穩(wěn)信號(hào)信號(hào)下的系統(tǒng)性能，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)基本可以產(chǎn)生預(yù)期的各種信號(hào)。下一步的工作中，將結(jié)合具體煤礦用RFID實(shí)際管理工程項(xiàng)目，對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)這類系統(tǒng)的根本目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]程愛(ài)軍.雷達(dá)回波信號(hào)模擬與仿真.南京理工大學(xué)碩士論文. 2004：1～3.

[2]李曉寧.基于AD9857的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì).電子科技大學(xué)碩士論文. 2002： 5～7.

[3] Van Andrews. G.. Recent Progress In Wideband Monolithic Direct Digital Synthesizers. 1996， 17～21（3）：1347～1350.

[4] ICS-564 OPERATING MANUAL. Interactive Circuits And Systems Ltd.， 2003： 6～12.

[5]王振中.基于AD9857的任意波形信號(hào)產(chǎn)生器的研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文. 2007，（9）：11～38.

[6]張兢. PCI9052PCI總線目標(biāo)接口及應(yīng)用.電子技術(shù). 2001， （10）： 11～12.