一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，其采用锁相环PLL技术，包括依次相连的鉴相器(PDF)、电荷泵(CP)、滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)，以及一分频模块(/(N+t)，分频模块的一端与压控振荡器的输出端相连，另一端与鉴相器的输入端相连；其中，分频模块的输出值由整数分频比N和M阶MASH结构调制解调器的输出值t进行相加所得，M阶MASH结构调制解调器用于产生锁相环PLL的小数部分分频数输入。本发明专利技术采用M阶MASH结构形式进行级联，可有效解决频率杂散问题，可满足超高频RFID系统的指标要求，可广泛应用于超高频RFID系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器
本专利技术涉及超高频射频标签RFID研究领域，特别涉及一种超高频RFID系统的频率综合器。
技术介绍
超高频RFID采用电磁反向散射耦合方式，主要频率为433MHz、860～960MHz、2.45GHz和5.8GHz等多种，其中860MHz～960MHz频段目前应用较广。根据欧洲ETSIEN302208-l超高频RFID系统的频率规范，860MHz～960MHz频段RFID对于频率综合器的相位噪声要求在200k～1MHz中等频偏处，要求特别苛刻，具体见下表1所示。表1频率综合器的相位噪声要求频偏(Hz)发射机(dBc/Hz)接收机(dBc/Hz)100k-64.8200k-103.81M-124.8这里所述的频率综合器作为RFID射频前端的关键模块，作用在于提供上/下变频基准频率，是RFID阅读器的核心，对锁相环的噪声及杂散的抑制提出了较高的要求，其性能直接影响到接收机的灵敏度等指标的优劣。其在RFID系统中的设置位置参见图7。传统的整数分频频率综合器存在环路带宽非常小、响应速度慢、不能快速捕获的缺点。虽然分数分频可克服上述问题，但同时带来了小数杂散的问题，导致频率输出不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，该频率综合器基于超高频M阶MASH结构的分数分频PLL锁相环技术，具有环路带宽大、响应速度快的优点，且能有效避免小数杂散的问题，应用场合广泛。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，采用锁相环PLL技术，包括依次相连的鉴相器(PDF)、电荷泵(CP)、滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)，以及一分频模块(/(N+t)，分频模块的一端与压控振荡器的输出端相连，另一端与鉴相器的输入端相连；其中，分频模块的输出值由整数部分分频比和M阶MASH结构调制解调器的输出值进行相加所得，M阶MASH结构调制解调器由M组位宽为m的累加器和若干个缓冲D触发器按照MASH结构进行M阶级联构成，用于产生锁相环PLL的小数部分分频比。如图1所示。本专利技术采用M阶MASH结构形式进行级联，具有将噪声往高频段转移的特征，可有效解决频率杂散问题。具体的，所述频率综合器中开环传递函数如下式所示：式中，Kpd为鉴相器和电荷泵的增益，Kvco为压控振荡器的转换增益，N+t为分频数，N为分频比的整数部分，t为分频比的小数部分，是M阶MASH结构调制解调器的分频输出；F(s)为滤波器的传递函数，s＝j2πf，f为频率值。具体的，所述滤波器采用环路滤波器，环路滤波器采用三阶无源结构，该结构中包括3条并联支路，第一条中第一电阻R1和第一电容C1串联，第二条中设有第二电容C2，第三条中第二电阻R2和第三电容C3串联，第三电容C3的电压作为输出；如图4所示。该滤波器的传递函数F(s)如下式所示：通过采用上述环路滤波器，其传输特性将显著的影响环路稳定性与噪声传递函数。具体的，构建M阶MASH结构调制解调器Z域等效图，设定k为小数部分分频输入，E1、E2、…、EM为各级量化器引入的量化误差，C1、C2、…、CM为各级累加器进位输出，计算M阶MASH结构调制解调器输出的平均值t，如下式所示：其中，m为累加器的位宽，当累加器累加数值大于等于2m时，产生进位信号输出。k为小数部分分频输入，t为最终的小数部分分频输出，将t与分频比的整数部分(整数分频值)N之和作为锁相环的分频比。具体的，所述频率综合器在锁定状态下，输出频率fout、频率精度Δf如下式所示：式中，fref为参考输入晶振频率，m为累加器的位宽，N为整数部分分频输入，k为小数部分分频输入。优选的，所述M阶MASH结构调制解调器，其Z域等效如图2所示。累加器进位输出C可等效为1比特总和量化器。噪声频率特性如下式所示：其中，fref表示参考输入晶振频率，M为级联阶数。优选的，所述M阶MASH结构调制解调器，其阶数M对噪声的影响，如图3所示。M值越高，M阶MASH调制器将噪声往高频段转移的能力越强，选择合适M值，最后M阶MASH调制器对频率综合器闭环输出噪声的影响如下式所示：本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术所述频率综合器可有效解决频率杂散问题，可满足超高频RFID系统的指标要求，可广泛应用于超高频RFID系统中去。2、本专利技术所述频率综合器基于M阶MASH结构的分数分频PLL锁相环技术，环路带宽高达200KHz，可解决小数杂散问题，同时满足欧洲ETSIEN302208-l超高频RFID系统的频率规范指标要求。3、本专利技术具有较高的频率分辨率精度。M阶MASH结构调制解调器采用纯数字电路实现，若累加器位宽为m，频率分辨率精度为fref/2m。典型地，取fref＝1MHz，m值为20，则频率分辨率达到1Hz。附图说明图1是本实施例的总体结构原理示意图。图2是本实施例中M阶MASH结构调制解调器Z域等效图。图3是本实施例中滤波器的结构图。图4是开环增益的幅度和相位频谱图。图5是MASH结构调制器不同阶数M值对噪声频率特性的影响效果图。图6是频率综合器各部件相位噪声贡献分解图。图7是频率综合器在现有RFID系统中的应用示例图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，本实施例基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，包括鉴相器(PDF)、电荷泵(CP)、滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)和分频模块(/(N+t)组成。而分频模块(/(N+t)的输出值由整数部分分频比N和M阶MASH结构调制解调器的输出值t进行相加所得。M阶MASH结构调制解调器，采用纯数字电路实现，由M组位宽为m的累加器和若干个缓冲D触发器(图中的延迟D模块)按照MASH结构进行M阶级联构成。本专利技术中，开环传递函数如式(1)所示：式中，Kpd为鉴相器和电荷泵的增益，Kvco为VCO的转换增益，N+t为分频数，F(s)为滤波器的传递函数。本实施例滤波器采用环路滤波器，结构如图4所示，为三阶无源结构，其传递函数F(s)如下式所示：整个环路已经变成一个4阶锁相环。环路滤波器传输特性将显著的影响环路稳定性与噪声传递函数，其设计除需考虑功耗、集成度等因素外，还要结合环路其他模块(如电荷泵)的具体参数与电路特定需求(如带外滤波)。典型地，本实施例R1取24kΩ，R2取19kΩ，C1取400pf，C2和C3取22pf，参考晶振频率fref取10MHz，N取90，Kpd取30uA/(2л)，Kvco取40MHz/V。据式(1)、式(2)仿真开环传递特性如图5所示。从图5可知，开环增益为1时对应的频率为200kHz，相位为-132度，即环路带宽为200kHz，相位裕度为-132+180＝48度，锁相环可稳定工作。参见图2，本实施例M阶MASH结构调制解调器Z域等效图中，k为小数部分分频输入，E1、E2、…、EM为各级量化器引入的量化误差，C1、C2、…、CM为各级量化器输出，t为最终的小数部分分频输出，输出t与整数分频值N之和作为锁相环的分频比。可以证明，输出t平均值如下式所示。m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，其特征在于，采用锁相环PLL技术，包括依次相连的鉴相器、电荷泵、滤波器、压控振荡器，以及一分频模块，分频模块的一端与压控振荡器的输出端相连，另一端与鉴相器的输入端相连；其中，分频模块的输出值由整数部分分频比和M阶MASH结构调制解调器的输出值进行相加所得，M阶MASH结构调制解调器由M组位宽为m的累加器和若干个缓冲D触发器按照MASH结构进行M阶级联构成，用于产生锁相环PLL的小数部分分频比。

【技术特征摘要】
1.一种基于MASH结构的超高频RFID系统的频率综合器，其特征在于，采用锁相环PLL技术，包括依次相连的鉴相器、电荷泵、滤波器、压控振荡器，以及一分频模块，分频模块的一端与压控振荡器的输出端相连，另一端与鉴相器的输入端相连；其中，分频模块的输出值由整数部分分频比和M阶MASH结构调制解调器的输出值进行相加所得，M阶MASH结构调制解调器由M组位宽为m的累加器和若干个缓冲D触发器按照MASH结构进行M阶级联构成，用于产生锁相环PLL的小数部分分频比。2.根据权利要求1所述的基于MASH结构的超高频RFID系统频率综合器，其特征在于，所述频率综合器中开环传递函数如下式所示：式中，Kpd为鉴相器和电荷泵的增益，Kvco为压控振荡器的转换增益，N+t为分频数，N为分频比的整数部分，t为分频比的小数部分，是M阶MASH结构调制解调器的分频输出；F(s)为滤波器的传递函数，s＝j2πf，f为频率值。3.根据权利要求2所述的基于MASH结构的超高频RFID系统频率综合器，其特征在于，所述滤波器采用环路滤波器，环路滤波器采用三阶无源结构，该结构中包括3条并联支路，第一条中第一电阻R1和第一电容C1串联，第二条中设有第二电容C2，第三条中第二电阻R2和第三电容C3串联，第三电容C3的电压作为输出；该滤波器的传递函数F(s)如下式所示：4.根据权利要求2所述的基于MASH结构的超高频RFID系统频率综合器，其特征在于，构建M阶MAS...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岗，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44