??? 摘? 要： 介紹了射頻識別系統以及其中本振" title="本振">本振部分的作用。在分析了DDS(直接數字頻率合成" title="頻率合成">頻率合成)原理和特點的基礎上，對于超高頻RFID系統的射頻本振部分提出了設計方案。選用的芯片為ADF4360-3和AD9832，實驗證明達到了預期效果。?
????關鍵詞： 直接數字頻率合成；射頻識別；鎖相環；本地振蕩器
?
??? 射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動ID識別技術，通過射頻信號對某個目標的ID識別得到個體信息并獲取相關數據。作為一種新型的信息采集技術，它快速、實時、準確、安全，而且應用范圍覆蓋生產、零售、物流、交通等各個行業，已經被世界公認為本世紀十大重要技術之一。本文針對超高頻RFID系統的射頻本振部分提出了自己的設計方案。?
1 RFID系統?
??? 典型的RFID系統包括三個部分：電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和數據處理子系統，圖1為無源RFID系統結構圖。無源RFID系統的標簽沒有電池，不像有源RFID系統的標簽由電源提供能量。雖然無源RFID系統讀寫距離比有源RFID系統要近，但由于其應答器具有結構簡單、成本低、壽命長等優點，近年來發展較快。
?
?
??? 當電子標簽進入閱讀器的電磁場范圍后，會被激活，與閱讀器進行無線射頻方式的非接觸式雙向數據通信，閱讀器將數據傳到數據處理子系統，處理完以后發給標簽。在整個射頻模塊中，本地振蕩器LO（Local Oscillistor）是重要的部分，也是本文所要討論的重點。它需要完成兩部分工作：一是將接收到的射頻信號精確地下變頻到放大器的設計輸入頻率；二是攜帶信息與指令的中頻信號上變頻到天線的發射頻率以發送到標簽，可以說LO的好壞將直接影響整個系統的性能。LO的頻率由RFID系統的頻率決定，目前應用比較廣泛的是在13.56MHz左右的HF頻段RFID，但基于超長的讀寫距離與高速的數據讀取速度是HF頻段RFID無法比擬的，所以UHF頻段的RFID有著更好的前景。根據我國在2007年4月份發布的800/900MHz頻段RFID技術應用" title="技術應用">技術應用(試行)規定，具體的可用頻段為840MHz～845MHz和920MHz～925MHz、中心頻率fc（MHz）＝840.125+N×0.25及fc(MHz)＝920.125+M×0.25)、信道帶寬為250kHz以及第一鄰道功率泄漏比40dB。?
2 DDS技術?
??? DDS(Direct Digital frequency Synthesis)——直接數字頻率合成技術，是一種新興的頻率合成技術。它完全擺脫了傳統的頻率合成技術的思路，不是通過對頻率的加、減、乘、除運算實現，而是通過對相位的運算進行頻率合成的。它的主要理論依據是時域抽樣定理，即Nyquist定理：對于任意一個頻帶小于f/2的連續信號s(t)，如果以T=1/f的間隔對它進行等間隔地抽樣，則所得到的離散抽樣值包含著連續信號s(t)的全部信息，通過這些抽樣值可以恢復s(t)。?
如果余弦信號：?
????
?
則其相位可以認為是時間的線性函數：?
????
?
所以要得到頻率信號，只需得到相位信號。信號的頻率可以由相位函數的斜率得到。當對余弦信號進行采樣且采樣周期為Tc時，可得到離散的波形序列：?
??? f(n)=cos(2πf0nTc)??????? (n=0，1，2…)?
以及離散的相位序列為：?
????
?
其中
是連續兩次采樣之間的相位增量。?
??? 因此，通過控制增量就可控制輸出信號的頻率。如果把整個周期的相位2π分割為M等份，每一份為可選擇的最小相位增量σ。如果每次的相位累加增量取σ，此時相位增長的斜率最小，得到最低輸出頻率" title="輸出頻率">輸出頻率：?
????
?
若相位增量選擇為σ的K倍，則輸出頻率也就是最低 輸出頻率的K倍。在一定的采樣時鐘頻率" title="時鐘頻率">時鐘頻率下，K決定了輸出合成信號的頻率，故K也稱為頻率控制字。K越大，每個時鐘周期抽樣跨越的相位量越大，DDS合成信號的頻率越高。改變K，即改變了每次累加的相位增量，也就改變了DDS信號的輸出頻率。圖2為DDS合成頻率過程。?
?
?
3 仿真與測試?
??? 根據采樣定理，輸出頻率的最大值為時鐘頻率的一半，而為了得到理想的輸出波形，實際應用中一般取到時鐘頻率的40％左右。目前一般DDS芯片的最大時鐘頻率約為2GHz，無法輸出800MHz以上的頻率，所以在設計UHF頻段的LO時舍棄單純的DDS，而是將DDS作為低頻參考源激勵PLL的混合合成頻率技術(見圖3)。這不僅很方便地解決了頻段覆蓋的問題，而且利用PLL在頻率合成上的優勢，提高了設計方案在頻譜純度、精度以及噪聲性能上的指標。這種方案的缺點是頻率轉換時間比較長，但在作為RFID閱讀器應用時，往往是工作在單頻或者雙頻模式下，對于轉換時間的要求不是很高。?
??? 由于DDS設計輸出頻率大概在1MHz左右，所以選用性價比比較高的AD9832芯片。它的時鐘頻率為25MHz，最高可以輸出10MHz，精度最高可達10MHz/232=0.002328Hz，完全能滿足系統的要求。當輸出為1MHz時，理論信噪比可以達到50dB。?
??? PLL部分選擇了ADI公司的ADF4360-3頻率合成芯片。它有一個2-分選擇項，能得到1600MHz～1950MHz以及800MHz～975MHz的輸出頻率，正好符合設計的要求，而且內部集成了VCO，只需很少的外圍電路就可以工作了。當正常工作時，芯片由內部三個計數器A(0～31)、B（3～8191）和R（1～16383）控制，以實現鎖頻的功能。?
??? fOUT=(P×B+A)×fREF/R?
其中：P是預置分頻數，ADF4360-3支持8/9、16/17、32/33三種模式供不同頻段使用。而DDS的輸出與R寄存器決定了步長的大小，根據前文提到的技術應用(試行）規定，這個步長必須小于等于125kHz。利用ADS軟件，搭建鎖相環的模塊圖(見圖4)，其中中心頻率為840.125MHz，步長為125kHz。對VCO的輸出頻率和相位噪聲進行了仿真，結果見圖5與圖6。?
?
?
?
?
??? 從以上的仿真結果可以看出，這個PLL的性能完全能夠達到所規定的要求。今后要做進一步的完善，爭取在頻帶以及精度上能有新的突破。加工制板后對電路進行了實驗測量，實驗結果表示在第一鄰道的泄漏功率比大約為54dB，遠遠優于規定的40dB。?
????本文采用一種DDS和PLL的混合技術，為UHF的RFID系統設計了一個本振方案。實驗結果表明，達到了國家試行規定的指標。而DDS技術的優勢也可從中體現出來，相信在頻率合成方面，DDS會有更廣泛的應用。?
參考資料?
[1] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2003.?
[2] 陳世偉.鎖相環路原理及應用.北京：兵器工業出版社，?1990.6.?
[3] 張厥盛，鄭繼禹．鎖相技術.西安：西安電子科技大學出版社，1994.?
[4] 魏福立.直接數字合成技術及應用[J].電子技術應用，?1993，(4)：25-29.?
[5] 許慧波，張厥盛.直接數字式頻率合成DDS綜述[J].電子科技雜志，1992，(4)：1-7.?
[6] Cicero S.Vaucher.An adaptive PLL tuning system architecture combining high spectral purity and fast settling time.?IEEE J.Solid-State circuits，2000，(4).?