RFID 编码与调制

vAM A0 A cos ct Am A cos c t cos c t
28
• 振幅调制模型
f(t)
vAM
• 调幅波的频域
相对 振幅 1
A0
Acosω ct
载波
1 mA 2
0
下边频
上边频
ω C-Ω
ωC
ω C+Ω
ω
29
• 数字调制ASK方式的实现 • 国际标准ISO 14443的负载调制测试用的 PICC电路
5V D
Q
CLK
Q
PR
CL
CL
CLK
D1
Q
5V
5V
7474
R3
D 非 门 CL 5V
1
Q
异 或 4 PR Q D4 7474 CLK
C3
异 或 2
1 2
窗口 检测 电路
R1
Q
D CL 异或 3 C2 R2 非门 1 PSK 信号
C1
24
•
设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载 波频率值125 kHz），则加至解调器的PSK信号 是125 kHz/2=62.5 kHz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125 kHz载波基 准形成的62.5 kHz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。

g (t )e jt dt
7
• RFID中常用的编码方式及编解码器 • 曼彻斯特（Manchester）码
数据时钟 CLK NRZ 码数据 1 0 0 1 1 0
曼彻斯特码
8
• RFID中常用的编码方式及编解码器 • 曼彻斯特（Manchester）码
编码控制 7486 数据 CLK 异 或 7404 2CLK 1 非门 VCC CLK CL
11
•RFID中常用的编码方式及编解码器 •
数据 数据时钟 1 0 1 1 0 0 1 0
NRZ 倒相的 曼彻斯特码
密勒码
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1Baidu Nhomakorabea
0
0
0
密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系
12
•RFID中常用的编码方式及编解码器 • 密勒（Miller）码
编码控制 非门 曼彻斯特码 1 CLK 7474 D CL VCC
ASK f1 FSK 0相 PSK π相 f2
t
t
t
31
δ
p p
δ
p
δ
p
δ
通信结束
解 码 时 序 波 形 图 示 例
仍为高 关闭 使能
16
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 • FSK
数据时钟 数据 NRZ 码 0 0 1 1 0
25
数据 0 PSK 波形 （62.5kHz）
数据 1
触发器 D2 输出 判决器 D3 输出
数据 0
数据 1
（a）判决器将 PSK 信号解调为 NRZ 码的波形图
125kHz 基准方波 触发器 D1 输出 异或 1 输出
PS K 解 调 电 路 的 相 关 波 形
触发器 D2 输出 （62.5kHz）
（b）波形图示例
14
• 修正密勒码解码
修正密勒码 输入 解码开始 使能 数据 CLK
脉冲形成
时钟电路
内部数据 产生
数据寄存
解码 输出
CLK（13.56MHz） 解码结束
结束 信号
修正密勒码解码器原理框图
15
• 修正密勒码解码
Pause 修正密勒码输入 起始位 使能信号 CLK （13.56MHz） 数据时钟 脉冲形成 电路输出 data-reg(0)触发器输出 （脉冲 P 置 1，数据时钟 下降沿翻转） 解码数据 （数据时钟上升沿采样） Logic-0 触发器输出 （脉冲 P 复零，识别到逻 辑零时为高） END 信号 0 0 1 1 0 1 0 时序 y 0 1 1 0 1 0 通信结束 时序 y 0
Q
PR
Q
密勒码输出
用曼彻斯特码产生密勒码的电路
13
• 修正密勒码编码器，假设输出数据为01 1010
数据 NRZ 码 输入 b 编码器 异 或 c a 13.56MHz 时钟 e 13.56MHz 128 分频 数据时钟 使能 计数器 d 修正密勒码 输出
（a）修正密勒码编码器原理框图
a b c d e Z Z X X Y X Y Z Y 0 0 1 1 0 1 0 0
f Hz
104 105 106 107 108 109 1010 1011 125kHz 13.56MHz 869M 2.45G 433M 915M 5.8G
波段
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
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<135 kHz（LF）及ISM频率的13.56 MHz （HF），433 MHz（UHF），869 MHz（UHF），915 MHz（UHF）， 2.45 GHz（UHF），5.8 GHz（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=2BW log2M • 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道最大容量 C= BW log2（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。
（b）触发器 D2 移相 90° 的波形图
26
• 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
v t A cos ct A cos 2πfct
数字基带信号
• 数字基带信号的频谱
g(t) G(w)

2
0
2
t

2π τ 2π τ
0
4π τ
w
（a）单个脉冲波形
（b）单个脉冲的频谱
g t
A 0
2 其他
t

波形
G

sin / 2 A / 2 A Sa / 2
A0 f t A0 Am cos t • 调幅 vAM • 调制信号 A0 f t v t • 产生的调幅波
vAM A0 Am cos t A cos ct
• 设上式v(t)的相位角φ=0
积化和差
Q
7474
CLK 7474
Q
数据输出
CLK CL
Q
非
D CL
Q
1
R
125kHz 时钟
Reset CLK 10 进计数器 4017
FSK解调电路原理图
1
非 单稳 74121 Q7
至 MCU
CLKen
20
• 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。
Q
PR D 74HC74 输出
Q
编码器电路
9
曼彻斯特码编码器时序波形图示例
使能（PR 端）
2CLK
CLK
DATA（数据）
异或输出
74HC74Q
74HC74Q （输出）
1
0
0
10
•RFID中常用的编码方式及编解码器 • 密勒（Miller）码
密勒码编码规则 bit(i1) × 0 1 bit i 1 0 0 密勒码编码规则 bit i的起始位置不变化，中间位置跳变 bit i的起始位置跳变，中间位置不跳变 bit i的起始位置不跳变，中间位置不跳变
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
21
• 脉冲调制 • PSK1和PSK2
数据 NRZ 码 PP PSK1 P PSK2 P PP PP PP 0 0 1 1 PP
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。
FSK 脉冲 f0 f0 f1 f1
FSK脉冲调制波形
18
• 脉冲调制 • FSK调制
射频载波 fc 分 频 器
fc/8
门电路 1 数据 NRZ 码
fc/5

FSK 输出
门电路 2
数据 NRZ 码
移相π
FSK实现的原理框图
19
• 脉冲调制 • FSK解调
PR D FSK 信号
5V D1 PR
5V D2
J1 Rmod1 R3 1MΩ Cmod1 R1 L CV1 分布电容 Cmod1 J2 VCC & & 开路输出
30
R4 1MΩ R5 1MΩ
VD1 VD3
VD2
R2 1MΩ
R6 C3 10nF
VD4 100pF
VD5
Rmod1 847kHz 负载开关信号
• 数字调频和调相
二进制码 1 1 0 1 0 0 1 1
22
• PSK调制电路
参 考 脉冲波 门电路 1 倒相器 数据 NRZ 码

PSK 输出
移相π （倒相）
门电路 2
选择相位法电路框图
23
5V 125kHz 基准信号 PR 异或 1 CLK D2 7474 Q D
5V PR D3 7474 Q 至 MCU
• 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。