RFID-编码与调制

编码和调制数据与信号•模拟信号在时域表现为连续的变化，在频域其频谱是离散的。模拟信号用来表示模拟数据。•数字信号是一种电压脉冲序列，数据取离散值，通常可用信号的两个稳态电平来表示，一个表示二进制的0，另一个表示二进制的1。•信号是数据的载体，数据时信号的目的。无线通信频段划分Hzf波段10410510610710810910101011LFMFHFVHFUHFSHFEHF125kHz13.56MHz433M915M5.8G869M2.45G低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频、极高频射频识别所用的频率为135kHz（LF）及ISM频率的13.56MHz（HF），433MHz（UHF），869MHz（UHF），915MHz（UHF），2.45GHz（UHF），5.8GHz（SHF）。信道•对在给定条件，给定通信路径或信道上的数据传输速率称为信道容量。数据传输速率=码元传输速率×log2M•波特率与比特率区别•柰氏准则（奈奎斯特），信道的最大容量C为C=2BWlog2M•带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道最大容量C=BWlog2（1＋S/N）编码•信道编码——减少码元数量，降低码元速率，也即是数据压缩；对模拟信号采样、量化、编码，转换为数字信号，实现模拟信号的数字化传输。•信道编码——数字信号可能产生误码，信道编码具有纠错与抗干扰能力，增加可靠性，降低有效数据率。数字基带信号•数字基带信号的频谱7022g(t)t（a）单个脉冲波形（b）单个脉冲的频谱波形G(w)2πτ2πτ4πτw020Atgt其他j()edsin/2/2/2tGgttAASa•RFID中常用的编码方式及编解码器•曼彻斯特（Manchester）码8100110数据时钟CLKNRZ码数据曼彻斯特码•RFID中常用的编码方式及编解码器•曼彻斯特（Manchester）码9异或非门7404数据CLK2CLK7486编码控制输出VCCPRCLDCLKQQ74HC741编码器电路曼彻斯特码编码器时序波形图示例10100使能（PR端）2CLKCLKDATA（数据）异或输出74HC74QQHC7474（输出）•RFID中常用的编码方式及编解码器•密勒（Miller）码bit(i1)biti密勒码编码规则×1biti的起始位置不变化，中间位置跳变00biti的起始位置跳变，中间位置不跳变10biti的起始位置不跳变，中间位置不跳变11密勒码编码规则•RFID中常用的编码方式及编解码器•1210111000数据数据时钟NRZ倒相的曼彻斯特码密勒码1111110000000000密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系•RFID中常用的编码方式及编解码器•密勒（Miller）码13非门编码控制VCCPRCLCLKDQQ7474曼彻斯特码密勒码输出1用曼彻斯特码产生密勒码的电路•修正密勒码编码器，假设输出数据为01101014数据NRZ码输入13.56MHz时钟使能异或128分频计数器编码器修正密勒码输出数据时钟abcde13.56MHz（a）修正密勒码编码器原理框图01110000abcdeZZXXYXYZY（b）波形图示例•修正密勒码解码15解码输出解码开始脉冲形成时钟电路内部数据产生数据寄存解码结束使能数据CLKCLK（13.56MHz）修正密勒码输入结束信号修正密勒码解码器原理框图•修正密勒码解码16data-reg(0)触发器输出（脉冲P置1，数据时钟下降沿翻转）Logic-0触发器输出（脉冲P复零，识别到逻辑零时为高）修正密勒码输入使能信号CLK（13.56MHz）数据时钟脉冲形成电路输出解码数据（数据时钟上升沿采样）END信号Pause关闭使能起始位通信结束0时序y时序y通信结束0000111仍为高ppppδδδδ011010解码时序波形图示例脉冲调制•将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。•主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。17•脉冲调制•FSK1800011数据时钟数据NRZ码FSK脉冲f0f0f1f1FSK脉冲调制波形•脉冲调制•FSK调制19fc/5fc/8分频器射频载波fc数据NRZ码门电路1门电路2移相π数据NRZ码FSK输出FSK实现的原理框图•脉冲调制•FSK解调20PRCLDCLKQQ7474PRCLDCLKQQ74745V5V单稳74121FSK信号125kHz时钟ResetQ7CLKenCLK10进计数器4017数据输出至MCU非非D2D1R11FSK解调电路原理图•脉冲调制•FSK解调工作原理如下：••触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲。触发器D1采用74HC74，当端为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并可重新计数。21•脉冲调制•PSK1和PSK222PPPPPPPPPP0011PP数据NRZ码PSK1PSK2采用PSK1调制时，若在数据位的起始处出现上升沿或下降沿（即出现1，0或0，1交替），则相位将于位起始处跳变180°。而PSK2调制时，相位在数据位为1时从位起始处跳变180°，在数据位为0时则相位不变。•PSK调制电路23参考脉冲波移相π（倒相）门电路1门电路2倒相器PSK输出数据NRZ码选择相位法电路框图•PSK解调电路•阅读器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码的关键。24PRCLKDQQCL74745V5VPRCLKDQQCL74745V5VPRDCLKQQCL74745V5VD1D2D3PRCLKDQQCL7474125kHz基准信号至MCU异或4异或2窗口检测电路12C1异或3异或1C2R1R2非门非门PSK信号R3C3D411•设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载波频率值125kHz），则加至解调器的PSK信号是125kHz/2=62.5kHz的方波信号。该PSK信号进入解调器后分为两路：一路加至触发器D3的时钟输入端（CLK），触发器D3是位值判决电路；另一路用于形成相位差为90°的基准信号。触发器D3的D输入端加入的是由125kHz载波基准形成的62.5kHz基准方波信号，这样，若触发器的D3的时钟与D输入端两信号相位差为90°（或相位差不偏至0°或180°附近），则触发器D3的Q端输出信号即为NRZ码，可供微控制器MCU读入。2526触发器D1输出触发器D2输出（62.5kHz）125kHz基准方波异或1输出数据0数据1数据0数据1PSK波形（62.5kHz）触发器D2输出判决器D3输出（a）判决器将PSK信号解调为NRZ码的波形图（b）触发器D2移相90°的波形图PSK解调电路的相关波形•ASK调制时，其包络线与基带信号成正比，因此采用包络检波就可以复现基带信号，这种方法无须同频同相的副载波基准信号。27正弦波调制•正弦振荡的载波信号•调幅•调制信号•产生的调幅波•设上式v(t)的相位角φ=028cccoscos2πvtAtAft00mcosAftAAtAM0vAftvtAM0mccoscosvAAtAt积化和差AM0cmcccoscoscosvAAtAAtt•振幅调制模型•调幅波的频域29f(t)vAMA0Acosωct相对振幅载波下边频上边频10ωωCωC+ΩωC-ΩA12m•数字调制ASK方式的实现•国际标准ISO14443的负载调制测试用的PICC电路30&&LR1CV1分布电容J1J2VD1VD3VD4VD2100pFR31MΩR21MΩR51MΩR41MΩR6C310nFVD5VCCCmod1Cmod1Rmod1Rmod1847kHz负载开关信号开路输出•数字调频和调相31二进制码ASKFSKPSKttt11010011f1f20相π相