超高频RFID前端SP4T的设计

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0 引 言

由于超高频RFID的接收和发射频率相同,读卡器结构基本为零中频结构。零中频结构的接收机射频前端没有选择滤波器,对邻近频率的信号抗干扰能力很弱。我国在《800/900 MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)》中规定的跳频间隔为250 kHz,这对零中频结构的RFID读卡器在多询问机环境下工作是一个很大的技术难点。所以,在现阶段的多询问机环境下工作的UHF RFID读卡器,基本是工作于时分复用方式。在读卡器中加入单刀多掷开关(Single Pole 4Throw,SP4T),本机轮询4个天线,可以取代另外的3个读卡器,降低整个系统成本。

l SP4T设计和仿真

1.1 SP4T的主要技术指标

SP4T的主要技术指标有插入损耗、隔离度、开关时间、VSWR和功率容量。对于系统,要求SP4T的功率容量大于30 dBm,控制信号为1 kHz方波,插入损耗小于2 dB,VSWR小于1.5:1。

1.2 PIN结构和等效电路

PIN管是在重掺杂的P层和N层之间加入一宽度较大的不掺杂本征I区,真正的本征区不可能实现,实际使用的PIN管I区多为低掺杂N区。I区使二极管级间电容减小,击穿电压提高。较宽的I区提高了二极管的反向击穿电压,使其功率容量增加。但同时使载流子渡越时间变长,阻抗变化缓慢,开关时间变长。I区面积增加时,导通电阻减小,导通功率容量加大,结电容上升,截止频率下降,限制了系统的工作频率和带宽。当PIN管正偏时,对微波信号等效为一线性电阻,阻值的大小决定于偏置电流,接近于短路。反偏时,I区载流子耗尽,PIN管对微波信号等效为一恒定电容。其微波等效电路如图1所示。



图1中:Ri为耗散损失引入的电阻,由于其远小于Cj的阻抗,常将其省略;Lp和Cp为引线电感和封装电容,Lp和cp的存在使电路的高频特性大大降低,所以频率较高时,一般采用管芯直接搭建电路。

1.3 SP4T的电路结构

基于PIN管的射频切换开关有串联式、并联式和串一并联结合式。设计中采用串一并联结构以达到上述指标,其基本的电路结构如图2所示。

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超高频RFID前端SP4T的设计

由于超高频RFID的接收和发射频率相同,读卡器结构基本为零中频结构。零中频结构的接收机射频前端没有选择滤波器,对邻近频率的信号抗干扰能力很弱。我国在《800/900 MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)》中规定的跳频间隔为250 kHz,这对零中频结构的RFID读卡器在多询问机环境下工作是一个很大的技术难点。所以,在现阶段的多询问机环境下工作的UHF RFID读卡器,基本是工作于时分复用方式。在读卡器中加入单刀多掷开关(Single Pole 4Throw,SP4T),本机轮询4个天线,可以