本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种宽带宽(大于80mhz)声表面波阅读器接收装置及其方法。
背景技术
声表面波射频识别系统主要由声表面波标签和声表面波阅读器两部分组成，声表面波射频识别系统的工作原理示意图如图1所示，声表面波射频识别系统的工作原理如下：声表面波阅读器发射查询信号，声表面波标签接收到查询信号后在其内部首先发生逆压电效应将电信号转换为声表面波信号，声表面波信号在标签内传播的过程中遇到经过编码的反射栅后产生反射，由于编码方案的差异，声表面波阅读器接收到的响应信号也有差异，声表面波阅读器解调响应信号后实现对声表面波标签编码信息的识别。
传统的声表面波射频识别系统中的声表面波阅读器接收装置采用ism433mhz，ism920mhz频段的，声表面波射频识别系统工作带宽窄，造成声表面波标签尺寸过大和标签的编码容量低的问题。ism2.4ghz的大编码容量小尺寸的声表面波射频识别系统国内尚属空白，主要原因是2.4ghz的大编码容量小尺寸的声表面波标签需要高达83mhz的高带宽，要准确解码该标签就要求声表面波阅读器接收装置能解调83mhz带宽的标签响应信号，这样声表面波标签的响应信号的时域宽度才足够窄，进而实现标签的小尺寸和大编码容量。
传统的宽带宽接收装置在接收带宽或者工作频段方面与声表面波射频识别系统特性不相符，难以与2.4ghz的大编码容量小尺寸的声表面波标签配套使用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种宽带宽声表面波阅读器接收装置及其方法，能够与ism2.4ghz的大编码容量小尺寸的声表面波标签配套使用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种宽带宽声表面波阅读器接收装置，包括fpga模块、同步时钟电路、本振以及依次串联的天线、射频开关、fbar滤波器、宽带解调模块、基带信号调理模块以及模数转换器；
其中，所述fpga模块通过jesd204b高速接口与所述模数转换器相连，通过spi接口与所述模数转换器、所述同步时钟电路、所述本振和所述基带信号调理模块相连，通过gpio接口与所述射频开关相连；所述同步时钟电路另外采用差分方式与所述fpga模块相连；
所述天线用于接收声表面波标签响应信号；
所述射频开关用于实现声表面波标签响应信号的接收控制；
所述fbar滤波器用于对声表面波标签响应信号进行滤波处理，实现损耗和干扰抑制；
所述宽带解调模块用于将声表面波标签响应信号解调为iq基带信号；
所述基带信号调理模块用于对iq基带信号进行信号调理；
所述模数转换器用于对调理后的iq基带信号进行模拟信号到数字信号的转换；
所述fpga模块用于对模数转换后的iq基带信号进行处理，完成声表面波标签响应信号的解码与校验；
所述同步时钟电路为fpga模块与模数转换器之间通信提供抖动时钟；
所述本振用于为宽带解调模块提供本振信号。
较佳地，还包括放大器；所述放大器串接在所述fbar滤波器与所述宽带解调模块之间，用于对滤波处理后的rf载波信号进行放大处理。
进一步地，还包括收发隔离模块，所述收发隔离模块串接在射频开关以及fbar滤波器之间，用于避免强干扰耦合到接收通道。
其中，所述fpga模块的主控芯片采用xc7z045；同步时钟电路采用ad9523芯片，同步时钟输出8路；本振采用adrf4351芯片，内部集成锁相环和压控振荡器；fbar滤波器采用acpf-7124芯片；射频开关采用sky13286，隔离度为60db；高速模数转换器采用ad9680芯片。
本发明还提供了一种带宽声表面波阅读器接收方法，采用上述宽带宽声表面波阅读器接收装置进行接收，包括如下步骤：
步骤1，装置在上电工作后，fpga模块通过spi接口对接收装置进行初始化配置，设置本振参数，配置模数转换器采样时钟以及同步时钟电路的同步时钟，fpga模块通过gpio接口将射频开关连通；
步骤2，声表面波标签响应信号由天线接收，经过收发隔离模块输出给宽带解调模块；
步骤3，宽带解调模块对输入信号进行直接解调产生两路正交的i和q基带信号，经过基带信号调理模块生成iq基带信号；
步骤4，高速模数转换器采样基带信号调理模块处理后的信号，通过jesd204b高速接口传输给fpga模块；
步骤5，fpga模块对iq基带信号进行解码与校验，完成一个周期的声表面波标签解码操作，重复步骤2-5，直至所有信号被接收。
有益效果：
本发明的宽带宽声表面波阅读器接收装置通过fbar滤波器以及宽带解调模块将rf载波信号均解调到设定带宽范围内的信号中，通过基带信号调理模块以及模数转换器(adc)实现对解调信号的直接处理，能与ism2.4ghz的大编码容量小尺寸的声表面波标签配套使用。本发明的宽带宽声表面波阅读器接收装置通过宽带解调模块将rf载波信号解调到基带iq信号，通过基带信号调理模块以及模数转换器(adc)实现对解调信号的直接处理，无需中间if级和相关滤波器，元件数更少、混频杂散更少、功耗更低。
本发明的宽带宽声表面波阅读器接收装置适用于ism2.4ghz的频段，也适用于传统的ism433mhz和ism920mhz频段的声表面波射频识别系统。
附图说明
图1为声表面波射频识别系统的工作原理示意图；
图2为本发明宽带宽声表面波阅读器接收装置结构图。
具体实施方式
下面结合图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种宽带宽声表面波阅读器接收装置及方法。
一、宽带宽声表面波阅读器接收装置如下：
本实施例的一种宽带宽声表面波阅读器接收装置如图2所示，包括射频开关、天线、收发隔离模块、fbar滤波器、低噪声放大器、宽带解调模块、基带信号调理模块、模数转换器(adc)、fpga模块以及同步时钟电路和本振。
其中，所述fpga模块端口1采用jesd204b高速接口与所述模数转换器端口5相连，所述fpga模块端口2采用spi接口与所述模数转换器端口4、所述同步时钟电路端口5、所述本振端口1和所述基带信号调理模块端口5相连，所述fpga模块端口3采用gpio接口与所述射频开关端口4、所述收发隔离模块端口2相连，所述fpga模块端口4采用差分方式与所述同步时钟电路端口3相连；
所述射频开关端口1、3分别与所述收发隔离模块端口1、所述天线相连；
所述收发隔离模块端口3与所述fbar滤波器的输入端口相连；
所述fbar滤波器的输出端口与所述低噪声放大器输入端口相连；
所述低噪声放大器输出端口与所述宽带解调模块端口1相连；
所述宽带解调模块端口2、3、4分别与所述本振端口3、所述基带信号调理模块端口2、1采用差分方式相连；
所述基带信号调理模块端口3、4分别与所述模数转换器端口2、1采用差分方式相连；所述模数转换器端口3与所述同步时钟电路端口1采用差分方式相连。
所述天线用于接收2.4ghz的rf载波信号；
所述2.4ghz的rf载波信号为声表面波标签响应信号；
所述射频开关用于实现rf载波信号的接收控制，所述射频开关端口1和3接通后可以实现接收；
所述收发隔离模块是一种隔离收发信号的电路，用于避免强干扰耦合到接收通道；
所述fbar滤波器是一种薄膜体声波谐振器型带通滤波器，用于对rf载波信号进行滤波处理，实现装置的低插入损耗和高干扰抑制的滤波处理；
所述宽带解调模块用于将rf载波信号解调为iq基带信号，是一种宽带的直接下变频电路，实现rf载波信号到基带iq信号的直接解调；
所述基带信号调理模块是一种包含可编程的低通滤波器和可变增益放大器芯片的信号调理电路，用于对iq基带信号进行信号调理；
所述模数转换器用于对调理后的iq基带信号进行模拟信号到数字信号的转换，本实施例采用一种gsps采样率的模数转换12位以上的芯片来实现。
所述fpga模块是一种全可编程集成arm处理器的现场可编程逻辑门阵列，不仅可以实现jesd204b高速通信接口，还能实现算法的硬件加速，同时内部集成的arm处理器提供了丰富灵活的外部接口。在装置处于工作状态时根据解码算法需要采用相应的信号处理方法对i和q基带信号进行数字化处理，完成声表面波标签响应信号的解码与校验；
本实施例宽带宽接收装置中的fpga模块的主控芯片采用xc7z045，包含900个dsp处理单元，350k逻辑单元；同步时钟电路采用ad9523芯片，8路同步时钟输出；本振是采用adrf4351芯片，内部集成锁相环和压控振荡器；fbar滤波器采用acpf-7124芯片；射频开关采用sky13286，60db隔离度；模数转换器采用ad9680芯片，14位，1gsps采样率。
所述同步时钟电路为fpga模块与模数转换器之间通信提供抖动时钟；所述本振是一种集成锁相环和压控振荡器的频率综合器，为宽带解调模块提供本振信号；所述低噪声放大器是一种高线性低噪声放大器，作为信号处理优化器件，实现对声表面波标签响应信号进行放大处理，也可以不设置，宽带宽声表面波阅读器接收装置同样能实现宽带宽声表面波阅读器接收。
本发明中声表面波标签响应信号为r(t)：
r(t)＝sin(w0*t)+sin((w0+bw/n)*t)+...+sin((w0+bw)*t)+n(t)
其中n为正整数，t为时间，响应信号r(t)包括声表面波标签编码信息的基带信号(带宽为bw)、射频载波信号w0以及噪声信号n(t)。
响应信号r(t)由天线接收，首先经过收发隔离模块，通过收发隔离模块可以有效避免本振模块的强干扰耦合到接收通道对接收端信噪比造成恶化；之后信号输出到fbar滤波器和低噪声放大器进行信号调理，其中，fbar滤波器的3db带宽略大于bw，最大限度的提高接收信号的信噪比。
宽带解调模块利用本振模块提供的频率w0的本振信号将经fbar滤波器滤波后的信号直接变换成基带信号i(t)和基带信号q(t)，其中，
i(t)＝sin((bw/k*t)+sin((2*bw/k*t)+...+sin((w0+bw)*t)+n(t)，k为正整数，
q(t)＝cos((bw/k*t)+cos((2*bw/k*t)+...+cos((w0+bw)*t)+n(t)；
基带信号i(t)和基带信号q(t)再经过基带信号调理模块做进一步的信号处理，处理前fpga通过基带信号调理模块的spi编程口配置模块的滤波器转折频率fc＝1.2bw以及增益，使得基带信号i(t)和基带信号q(t)均处于模数转换器的最佳采样状态。
然后，模数转换器在同步时钟电路提供的低抖动采样时钟下将i和q两路带宽为bw的模拟信号分别转换成i和q两路带宽为bw’的数字信号，低抖动的采样时钟可以提模数转换器的有效位数，减少信号的失真。
最后，通过jesd204b高速接口传输给fpga模块。fpga模块根据解码算法的需要采用相应的信号处理方法对i和q基带信号进行数字化处理，实现声表面波标签响应信号的解码与校验，进而完成一个周期的声表面波标签解码操作，实现带宽为bw的标签响应信号的解调与接收。
二、采用本发明宽带宽声表面波阅读器接收装置的接收方法如下：
具体包括如下步骤：
步骤1，装置在上电工作后，fpga模块通过spi接口对接收装置进行初始化配置，设置本振参数，配置模数转换器采样时钟以及同步时钟电路的同步时钟，fpga模块通过gpio接口将射频开关的端口1和3连通；
步骤2，声表面波标签响应信号由天线接收，经过收发隔离模块输出给fbar滤波器和低噪声放大器进行信号调理；
步骤3，宽带解调模块对低噪声放大器输出信号进行直接解调产生两路正交的i和q基带信号，经过基带信号调理模块做进一步的信号处理生成iq基带信号；
步骤4，模数转换器采样基带信号调理模块处理后的信号，通过jesd204b高速接口传输给fpga模块；
步骤5，fpga模块根据解码算法的需要采用相应的信号处理方法对i和q基带信号进行数字化处理，实现声表面波标签响应信号的解码与校验，进而完成一个周期的声表面波标签解码操作，重复步骤2-5，直至所有信号被接收。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。