UHF RFID 阅读器核心突破：信道选择滤波器的创新设计与卓...

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UHF RFID 阅读器核心突破：信道选择滤波器的创新设计与卓越性能解析

在当今无线通信的蓬勃发展浪潮中，射频识别（RFID）技术已然成为一颗耀眼的明星，其应用场景遍布各个领域。尤其是 UHF 波段的 RFID 技术，凭借能够在米级距离实现数百 kbit/s 数据通信的强大能力，备受行业瞩目，成为推动无线识别与数据交互发展的关键力量。

在 UHF RFID 系统里，阅读器的性能至关重要，而接收机模拟基带部分的信道选择滤波器更是核心中的核心。当前，多数成功商业应用的 UHF RFID 阅读器采用分立元件构造，这带来了体积庞大、功耗过高的弊端。随着科技的进步，基于 CMOS 工艺的单片阅读器成为发展趋势，其不仅能大幅削减成本，还契合多应用便携式终端的未来走向，为多功能集成创造了有利条件。

此次设计的信道选择滤波器服务于 UHF RFID 阅读器接收机模拟基带，该接收机采用 I/Q 两支路正交的零中频架构。依据 EPC global C1G2 协议，其接收数据速率最高达 640 kbit/s，最大信号带宽不超 1.28 MHz，最低 40 kbit/s 速率时信号带宽小于 250 kHz，所以滤波器带宽需在 0.3 - 1.3 MHz 间灵活可调。同时，按 transmissiON mask 要求，相邻信道功率差达 40 dB，滤波器在两倍频处要实现大于 45 dB 的抑制，以抵御强干扰，确保本信道与相邻信道稳定通信。在多读写器复杂环境下，滤波器还需具备高线性度处理大幅输入信号，经综合考量，运算放大器 - RC 结构滤波器成为理想之选，并最终确定六阶 Chebyshev 低通滤波器结构。

在滤波器设计过程中，二阶 Chebyshev 低通滤波节是关键基础。其运算放大器接成缓冲器形式，传统双端输入、单端输出结构在处理差分输入信号时存在缺陷，构建全差分缓冲器成为难题。通常采用两个单端输出运放实现全差分结构，但易导致器件增多、匹配困难及性能不佳。为此，全平衡差动放大器 FBDDA 应运而生，它巧妙解决了这一困境，其独特的输入输出关系及负反馈机制，在运放设计中发挥了关键作用。

运放作为滤波器的核心部件，性能要求严苛。开环增益需超 70 dB，增益带宽积大于 65 MHz，相位裕度 65° - 70°，SR 值大于 12 V/μs。FBDDA 构成的全差分缓冲器结构为运放性能优化奠定基础。其两级结构电路设计精妙，输入管采用 PMOS 管保障良好噪声系数，第二级共源级结构搭配合理的 MOS 管选型，再结合米勒补偿电容和调零电阻，确保了闭环稳定性。通过精确计算与设计，有效提升了运放的增益、降低了噪声，并在第一级添加共模反馈电路，全方位满足不同工艺角下的性能需求。

六阶 Chebyshev 低通滤波器的实现也颇具匠心。利用 FBDDA 成功构造二阶及六阶级联滤波器结构，通过 MOS 开关与译码器协同控制接入电阻大小，实现了截止频率在 300 kHz - 1.3 MHz 间的精准可调，电容固定为 3 pf，经优化确定了各截止频率下的电阻取值方案，确保滤波器性能稳定可靠。

采用 IBM 0.18μm 工艺设计制作的六阶 Chebyshev 低通滤波器，版图面积为 1600μm×400μm。经测试，截止频率设为 900 kHz 时，-3 dB 带宽约 900 kHz，带内增益稳定 0 dB，1.8 MHz 处幅度衰减超 49 dB，带内群时延约 1μs，变化量小于 0.5μs，通带内等效噪声系数 42 dB，全面达到 UHF RFID 阅读器系统要求。全平衡差动放大器的开环幅频、相频及噪声特性也表现优异，增益 71 dB，GBW 为 96 MHz，相位裕度 72.7°，等效噪声系数约 16 dB，有力保障了滤波器的稳定运行。

本次精心设计的 UHF RFID 阅读器信道选择滤波器，在工作原理、电路结构、性能优化等方面均取得显著成果，其理想的噪声特性与高线性度为 UHF RFID 技术发展注入强大动力，有望推动无线通信识别领域迈向新高度，在未来的智能识别应用中发挥关键作用，开启更高效、精准的识别新时代。

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