RFID阅读器中信道选择滤波器的设计

射频识别（RFID）技术在无线通信领域中扮演着重要的角色，特别是在UHF频段，它能在几十米的距离内实现数百千比特每秒（kbps）的数据传输速度，这比LF和HF频段的RFID技术具有更远的读取范围和更高的传输速率。UHF RFID阅读器遵循EPC Global C1G2协议，其接收数据速率可高达640 kbps，信号带宽最大不超过1.28 MHz。对于最低40 kbps速率，信号带宽小于250 kHz。因此，设计的信道选择滤波器需要有0.3到1.3 MHz的可调带宽。 信道选择滤波器的主要任务是过滤掉不必要的信号，确保RFID通信的清晰性和稳定性。根据传输掩模规定，相邻信道间的功率差需达到40 dB，这意味着滤波器必须能有效抑制高于本信道40 dB的干扰，同时在两倍频处有超过45 dB的衰减。此外，由于UHF RFID接收机可能面临的多读写器环境和大干扰信号，滤波器必须具备良好的线性度和噪声性能。 文章中采用了运算放大器-RC结构的六阶Chebyshev低通滤波器设计方案。Chebyshev滤波器虽然在通带内的平坦度不及Butterworth滤波器，但其快速的滚降特性有助于实现所需的选择性。滤波器由多个二阶Chebyshev低通滤波节组成，每个二阶滤波节（Biquad）具有特定的传递函数，以实现所需的频率响应。 运算放大器是滤波器设计的关键组件，需要具有至少70 dB的开环增益、大于65 MHz的增益带宽积、65到70 dB的相位裕度以及大于12 V/μs的上升时间。针对输入端的差分信号处理问题，文章提出使用全平衡差动放大器（FBDDA）来构建全差分缓冲器，这解决了单端输入运算放大器的局限性。FBDDA由两级结构组成，包括差分对和共源级，使用PMOS和NMOS管以优化噪声系数和增益。通过调整MOS管的跨导和输出电阻，可以进一步提升运放的性能，并降低噪声。 设计过程中，运算放大器的第一级添加了共模反馈电路，以确保在所有工艺角下都能保持稳定的性能。全差分缓冲器的输出通过负反馈与FBDDA相结合，以实现理想的输入输出关系。通过这样的设计，滤波器能够在满足信道选择性和抑制干扰的同时，确保了良好的线性度和噪声性能。 该设计旨在为UHF RFID阅读器创建一个高效、可靠的信道选择滤波器，以适应复杂无线环境下的高速通信需求。通过六阶Chebyshev滤波器和定制的运算放大器，实现了高性能的信道选择和干扰抑制，确保了RFID系统的稳定性和效率。