采用新型集成元件来简化RFID阅读器设计

UHF RFID 1W 阅读器的RF部分通常包含大量的不同半导体制造工艺的RF元件。本文讨论下一代RFID（射频识别）阅读器如何采用新的集成元件来简化RFID阅读器的设计。

美国的阅读器具有+30dBm最大输出功率；欧洲的阅读器最大输出为+27dBm；日本的阅读器最大输出功率为+30dBm。当今在美国的大多数1W阅读器是为低密度用户设计的，其发射和带外要求是由FCC确定。对于美国和日本的阅读器可以采用饱和功率放大器（PA），可使PAE（功率附加效率）在较高的 50%量级。对于欧洲阅读器，功率放大器必须工作在线性区，这可使PAE降低到30%左右。

RFID阅读器的频率方案示于表1。

RFID阅读器的频率方案

为了减少RFID阅读器RF部分的尺寸，必须增加每个元件的功能。图1示出RFID阅读器的典型框图，并示出集成元件到芯片组的一种可能的方法。

RFID阅读器的典型框图

源模块

源模块的用途是为RFID阅读器的发送和接收通路提供频率合成LO（本振），其频率见表1。频率合成器为了能为TX（发送）和RX（接收）信号通路提供合适的LO输入，必须放大合成器之后的信号。

对于源模块，关键是要适应性强，这样单块PC板可以用于处理所有不同的频段。用一个集成合成器/VCO集成电路，采用不同的电感值可以对准VCO频段的中心。日本频段比美国和欧洲频段要求更快的开关速度，这仍然可以用5KHz BW（带宽）环形滤波器实现，但需用不同的元件值。在功率分配器中需要有20dB量级的隔离。基于成本考虑，一般采用单片窄带功率分配器，但对于 850~960MHz，它不是最佳的。为了使每个隔离最佳，采用调节电感器和/或电容器重新对准功率分配器隔离。

为了减小尺寸和减少整个元件数，必须组合各种各样的元件来构成一个源模块。TCXO（温控晶振）制造在屏蔽封装中，以使频率稳定性最高和噪声最小。合成器所用的大多数元件是低成本的SMTI（表面贴装）封装。合成器/源模块另一个要求是需要屏蔽，以使环路稳定和相位噪声最小。

集成这些不同元件的一种可能方法是用LGA（焊区栅阵列）封装。很多合成器模块是分层和边缘碟形，这便于信号从板顶部到印刷电路板。一般采用LGA封装。为了保证较强的机械连接和低感性地连接，在封装的中心应该有几个大的地贴片。较大的贴片（如20×60mm2）能提供比边缘蝶形更强的连接。

合成器的设计和封装应该使RF屏蔽最大。

发送模块拓扑

如图1所示，典型的发送模块应包括DBM （双平衡混频器）、LO放大器、前置放大器、功率放大器和ITN（阻抗变换网络）。采用混合技术使每个元件最佳化，混频器和级间匹配网络的PA和HMIC 用GaAs HBT。这样高集成度可使小信号增益超过50dB，这需要精心布置摸块。为了保持稳定度，必须把前置放大器放置在尽可能远离功率放大器的地。图2是此方案的电路拓扑。外表上，只需要少量旁路电容器和一般的高频技术来实现模块的固有性能。单电源工作具有方便性和成本优势。

发送模块拓扑

6×6mm2 PQFN多芯片模块是构建发送模块的好的封装选择。这种方法有几个优点。这是封装多芯片的一个有效方法。由于PQFN封装的底部可直接焊接到地，所以它具有到地的低电感和来自放大器管芯片底部的低热阻通路。

发送模块混频器和LO放大器

DBM给载波信号发送调制。所包含的LO放大器增大来自源模块的信号到足够电平来驱动混频器本振端口，另外，所具有的LO放大器提供50Ω接口，这使得到源模块有一个简单的互连。

混频器调制的RF输出到前置放大器，然后到功率放大器。前置放大器具有17dB增益，由3级器件实现的功率放大器提供35dB小信号增益。在发送模块中也包含一个ITN。此网络的用途是变换50Ω负载电阻功率放大器所需要的阻抗值，以便在有效电源电压能产生所希望的输出功率。对于典型的3.6V电源，此阻抗仅为几欧姆，生成大的环流电流。低电阻需要适当处理电路寄生干扰。此电路需要仔细地设计，才能实现高性能和可靠性。

在HMIC中不考虑实现ITN尺寸的情况下，此技术可提供小的可控制寄生干扰，谐波带阻滤波器中的寄生参量需要其后的谐波滤波器来减小。