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一篇远距离125k的论文详细电路和调试方法[整理].doc

一篇远距离125k的论文详细电路和调试方法[整理]

Bowen绍平
2018-03-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《一篇远距离125k的论文详细电路和调试方法[整理]doc》,可适用于领域

一篇远距离k的论文详细电路和调试方法整理一篇远距离k的论文详细电路和调试方法本文由zhanyiqin贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT或下载源文件到本机查看。总第,,卷第,,,期,,鸺年第惦期,,,,,,,,电测与仪表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,(,,,,,,(,,,,一种长距离,,,,,阅读器前端电路的构型分析朱海龙赖晓铮戴宏跃赖声礼王鑫(华南理工大学电子与信息学院广州,,,,,,)摘要:基于,,,,,,和,,,,,,型标签芯片提出了一种长距离,,,,,阅读器前端功放电路与天线负载电路的设计构型。采用,,,仿真工具对该构型的优点和特点进行了分析通过实验对分析的结果进行了验证。作为阅读器电路的一个关键组成部分该构型能够满足长距离,,,,,阅读器标签读取的要求。关键词:,,,,类功率放大器死区时间感性负载电感耦合中图分类号:,,,,,(,,文献标识码:,文章编号:,,,,,,,,(,,,,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,),,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,引言,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,公司的,,,,,,和,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,)技术在近年型标签芯片所构成的,’频段,,,标签。提出了一种长距离,,,,,阅读器前端电路的设计方案对其中关键的功率放大和天线负载电路进行了性能分析给出了相应的仿真和实测结果。,,,,,,和,,,,,,型标签芯片的共同特点在于对阅读器发出的,,,,,,信号无调制要求。相应的标签在阅读器提供的场强足够大时即可以自动发回标签信息。为实现长距离读取阅读器天线应能给标签提供足够的场强(同时必须保证阅读器本身产生的噪声干扰较小以实现微弱信号提取。综合,,,,,阅读器的工作频率和输出功率的要求。本文选用,类功率放大器实现功率推动。相应的远距离,,,,,阅读器组成框图如图,所示。取得了长足的进步和发展目前已广泛应用的频段分布在,,、,,、,,,和微波频段。各频段的,,,系统均有各自的优点和相应的应用范围,,,。对于,,频段,,,系统而言(最明显的优点在于拥有很好的场穿透性能如可穿透液体物质、建筑物、人体等各种动物体细胞和各种气体分子对,,频段的能量吸收很小。由于这个重要特性,,,,,,系统可以在需要良好穿透性需要不问断长时间工作以及存在较高危险性的场合(如含有爆炸性气体的矿井)下良好工作。工作距离对于增强,,频段,,,系统的工作性能和功能扩展具有至关重要的意义。本文针对瑞士斗广东省科技攻关资助项目(,,,,,,,,,,,,,,,)一,,一万方数据总第钙卷第,,,期,,,,年第惦期,,,,,,,,电舅与仪表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,(,,,,,,,,方波源卜,叫,类功率放大嚣,(,天线负载回,匝接收检波图,一种长距离,,,,,,阅读器的基本组成框图图,图,中的,,,,,,方波源为,类功率放大器提供驱动信号,类功率放大器为天线负载提供放大后的,,,,,,信号自动调谐电路由,,,电路控制根据天线线圈上的信号幅度来控制天线负载中的谐振电容值以消除环境变化和器件参数变化的影响天线负载向标签输出足够大的,,,,,,磁场信号(为标签提供能量。同时获取标签信息接收检波电路实现标签信息的检波功能:,,,模块实现阅读器的整体控制和接收信号的处理:后台计算机对阅读器传送的信息进行后续处理并对阅读器的工作状态进行控制。,电压开关型放大器的基本构型构成选频网络主要用于滤除,,,,,,的谐波分量,,为电路等效的杂散电容:,,和,,为针对杂散电容使用的保护二极管,至,为设置的仿真测试点直流供电电压,为,,。当功放负载处于谐振状态且相互反相的方波驱动信号,,和,,的波形占空比均为,,,时。通过,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)仿真得到的各测试点波形如图,所示。,类功率放大电路的构型分析,,,,,,和,,,,,,型标签对来自于读写器的场信号无调制要求避开了,类功率放大器工作在开关状态难以实现幅度调制的缺点再考虑到在,系统的,,,,,,工作频率上(,类功率放大器可以达到很高的工作效率,,,(因此适合用,类功率放大器实现长距离,,,,,阅读器的功率推动。图,所示为对,,,,,,型标签进行读取时(在标签天线和阅读器天线上所呈现的波形。标签天线信号渡,髟,成。,,(,霸,,,,,,尊,,,,,(,,,,概((,峪,图,无死区时间设置且负载谐振时主要测试点波形由图,测试点,、,的波形可见在功率管,,和图,,,,,,,型芯片标签天线与阅读器天线波形麟钐’您状态转换的瞬间。由于,,与他同时导通,,和,,会通过很大的峰值电流。这部分电流不仅会造成额外的功率损耗更为重要的是阅读器中为功放电路提供能量所使用的电源一般由电源芯片提供。当电流负载突然变大时将造成电源电压的抖动这个抖动对接收电路的正常工作会造成极大的干扰(从而造成读取距离的大幅降低。此外大电流的通过还有可能造成功率管的二次击穿。从而造成功率管的永久性损坏。同时导通的现象还由于功放管开启和关断时间的非理想和驱动信号上升沿与下降沿的非理想所导致。因此需合理地设置死区时间避免上、下两个功放管同时导通以提高阅读器的工作性能,,,。测试点,的波形近似为方波考虑到功放管饱和电压的值并将其在时间轴上平移后。可展开为傅里叶级数:由于电流开关型,类功率放大器设计方案中需使用较多的电感(为降低电路的成本和制作调试的难度本设计选用了电压开关型放大器。,(,电压开关型,类功率放大器的基本构型分析电压开关型放大器的基本构型如图,所示。在图,中,,、,,的主要作用在于提高晶体管的输入阻抗,,、,,为加速电容用于提高晶体管工作状态转换的速度,,和,,是两个足够小的电阻主要用于在仿真和调试中监控功放电路上下两部分所通过的电流值在本文中选其阻值为,(,,。,,和,,础),,【,盔铄,,(,,,,)埘,’一,,一万方数据总第,,卷第,,,期,,,,年第惦期,,,,,,,,,,电测与仪表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,(,,,,,,(,,,,(,一,,馏)(,)综合以上讨论阅读器功率放大电路必须同时考虑死区时间的设置和功放输出负载谐振状态设置两个关键性问题。通过使用有源器件(可以对死区时间进行精确的设置阁。但这些电路的使用极大地增大了元器件的复杂程度和整机成本。为解决性能和成本之间的矛盾(本文提出了以下电路构型来实现,,设置方法将在第,节中进行讨论。,(,,,,式中,为功率管的饱和电压。由于选频网络的存在。负载,,上的电压约等于,(,)的基波电压分量:口。,),仃,,,(,一,,,,)(,)除死区时间的影响之外功率放大器的负载状态也会对通过,,、,,的电流造成很大的影响,,一因此在实际的设计过程中还需考虑对负载的谐振状态进行合理的设置。图,和图,所示为对方波源,,和,,进行死区时间设置后。功放负载分别为容性、谐振状态和感性时测试点,和,的相应波形。由于保护二级管,,、,,的影响。在功放管工作状态转换时。存在二极管的反向恢复时间。因此当负载为容性时即使死区时间调整适当。也有可能产生较大的瞬时电流。当负载为谐振状态和感性时由于死区时间的存在功放电路在功放管状态转换时所产生瞬时电流均很小。在,,,系统的实际工作中由于环境(如金属物体标签的耦合效应等)或元件参数变化对,,,阅读器负载的影响很难保证负载恰好处于谐振状态因此功放输出的负载应设置为弱感性(才最有利于长距离阅读器的稳定工作。阅读器中的,类功率放大器。天线负载状态的构型和适用于,,,,,阅读器的,类功率放大器构型在阅读器的设计中,,,,,,的方波源可以直接采用振荡电路和分频器实现经过处理后可以获得上升时间和下降时间约为,,,,,的方波信号。本文提出的,类功率放大器的结构如图,所示。分析,一,,,图,,改进的,类功率放大器构型与天线负栽电路其中,,为前级电路产生的幅度为,至,伏。占空比接近为,,,的方波源,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,构成死区时间控制电路,,、,,用于,,,,,(“,。),,„,,,,,,,,(。,。),,:,,,,,限定功放管的驱动电压值,,、,,、,,构成一个,型的选频和阻抗变换网络:,,、,,、,,与天线线圈构成一个谐振结构(用于为标签提供能量和接收标签返回,(,,,,,(,,,(。,(口,,兰,雪(,,,,,宝暑霉,,,,(,,,,,,,。,,,信号。,至,为设置的仿真测试点。当功放的负载为弱感性时(各测试点的波形如图,所示:,,(,)已设置死区时间的方波驱动(,)容性负载测试点波形图,设置死区时间的方波驱动和容性负载电流波形,,乙,。,,毋》,,,,,,。,,(,。,,,,肆,,’,,,,,,,,一一,‘丁,,,慧,,对„一日一,,、,),”‘’,(,,,,,,?,(,、,:,,,(,一,,,,心》。„弋,。,„,。,,垂(,,,(((~,,,,,,,气,,,兰,垩,,,,(,,,,卯,图,新构型电路主要测试点波形从图,可以看出采用新的构型之后且当功放,,,,(,,:,,,的负载为弱感性时仅有很小的峰值电流出现电源电压能够保持稳定。电路的输出能够满足天线线圈的驱动要求。(,)谐振负载时测试点波形(,)感性负载时测试点波形图,谐振负载和感性负载时电流波形一,,一万方数据总第朽卷第,,,期,,,,年第惦期,,(,,(,电测与仪裹,,,,,,,,,艄,,(,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,联电容瓦为标签芯片电路的等效阻抗五为流经标签天线线圈的电流。如阅读器天线与标签天线的互感系数为肘则阅读器端的感应电压可表示为:,(,,,,,(,,,,,(),,,,五一,,,(一,。)一,,:,:(。,’,,(,,(,,(,,,(,,础,,,,,,为:(,),,一,(,,(,,专一。广,,,(,,,(,,,由于此感应电压的存在。阅读器输出回路总阻抗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,’,,,,,(,,,吃南根舭(洲)‘忍其中乞为标签天线线圈的等效负载可得:,,(,)(,)功放管驱动电压对比图(,)驱动电压的上升沿对比图图,新构型电路的死区时阍效果图,图,为功放管,,和他的驱动电压(即测试点,和测试点,上的电压示意图。右半部分为驱动电压上升时的特写当方波源,,由,,,,变化时电流由测试点,到测试点,正向流动。当电阻,,两端的电压降到,,的导通电压时,,导通上半支路的充电时间常数迅速降低测试点,的电压迅速升高从而使一号生,般。厶,一(,)当,乙的值随标签数据改变时互础的值也相应改变从而改变天线线圈两端的电压值接收电路对这个变化进行处理得到相应的标签数据信息。综上所述。为了在阅读器的工作区域内获得足够大的磁感应强度并且能够有利于获取标签信息电感耦合式长距离读写器天线负载电路的设计应满足以下原则:(,)流经天线线圈的电流需达到一定的数值(,)天线线圈需满足一定的形状要求线圈所围面积的大小满足一定的尺寸:(,)天线线圈与附属电路之间达到谐振状态或接近谐振的状态:(,)天线负载电路所表现出来的阻抗值应满足末级功率放大器的要求。,(,,,,,先于他开启之前关断。避免了两功放管的同时导通。在方波源的下降沿可以得到类似的分析结果。,天线负载电路的构型分析,,,,,系统通过电感耦合来实现与标签之间的相互通信。阅读器天线负载电路完成向无源标签提供能量和获取标签信息的功能嘲。,(,,,,,,阅读器天线的设计思路如阅读器和标签使用的均为环形天线。则标签端所感应到的电压可以表示为嘲:,一型掣掣,(,)出,(,),,,系统的天线负载电路构型及其分析根据上节所指出的设计原则(本文提出的天线负载电路构型由,型滤波和阻抗变换网络与天线线圈谐振电路构成(参见图,右半部分)。天线线圈为圆形采用,,,,股,(,,,,,漆包铜线绕制线圈直径约为,,,,线圈总电感约为,,,,,,线圈电阻约为,(,,(采用电桥测量)线圈,值约为,,,。,,、,、,,与天线线圈组成一个串并联谐振电路,与,取相等的电容值以使天线线圈两端到地的,,,,,正弦电压幅度相等相位恰好相反通过天线线圈的电流值可以增加一倍。,由多个电容并联组成各电容值相差一倍(组成一个权电容网络由,,,模块进行控制可根据外界的环境影响和电路谐振状态进行自动调谐。各元式中为阅读器天线线圈圈数肌为标签天线线圈圈数口为阅读器天线线圈半径,为标签天线线圈半径,为两者线圈之间的距离,为阅读器线圈通过的电流。阅读器与标签之间发生电感耦合的等效电路如图,,所示,埘。,,,,系统电感耦合等效结构图,,中,为阅读器末级功放电路的输出阻抗图,,件之间近似有以下的关系:,为阅读器天线负载的等效串联电容厶为阅读器天线线圈的等效电感尼为阅读器天线线圈电阻‘为流经阅读器天线线圈的电流厶为标签天线线圈的等效电感尺。为标签芯片线圈电阻为标签的等效并砒,,瓦盖百止,玄,玄(,)选定,的值即可确定,。实际取值时可选取‘,)一,,万方数据总第钙卷第,,,期,,,,年第惦期,,,,,,,,电测与仪表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,(,,,,,,(,,,,此时,的值约为,和,的一半串并联电路等效的,值降至,,左右但等效的阻抗值仍较大约为,,,,,(需经过,型网络进行阻抗转换。再与功率管的输出相连此时阅读器的输出功率为:路的构型并通过仿真和实验对该构型进行了分析。为获得最稳定的工作性能。功放电路的负载应设置为弱感性。测试结果表明使用本文所提出的电路构型时阅读器的输出功率约为,,标签的最大读取距离约为,,,,,能够满足远距离,,,,,阅读器的设计要求。参考【,】,(,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,式中尺。为天线串并联电路通过,型网络等效至功率管输出端的功放负载电阻。,实测结果矽。一,(,,,,,,)仍,,,,?(,)文献,,,,,,,,,,,,叨(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,):,,,,,(,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,【,,,,(,,,,,,,,,,(,(,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,髓一由于功放管的负载状态对整机的性能有很大影响。故使用,,,,,,,,,,,,,矢量网络分析仪对天线负载网络进行调试。图,,为功放管的负载阻抗在,,,,,,到,,,,,,范围内扫频的圆图轨迹(为保证负载处于弱感性状态(并且能让天线负载获得足够大的功率,,,,,,频率阻抗点应处于圆图上半部分靠左边的位置。此时功放电路有最好的表现。此时测试点,的电压峰峰值约为,,,输出功率约为,,。,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,曲,,,,,,,,(,):,,,,,(,,,,,,【,】,(,,,,,,,(,,,,,,,,(,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,肌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,(,):,,,,,,,,,(,,,,,【,】,(,(,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,【】(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,。,,,,,,,,,,,,,,(,,,(,,,,,,,,(,):,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,„一絮,州一‘篇,【,】,(,,,,,,,,,,,(,【(,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,’‘。,器姚一,,一,。、、,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,(,):,,,,,,,,,(【,】,(,(,,,,,,(,(,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,一毒,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,叨(,,,,,协,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,):,,,,,,,,,(【,】,(,(,,,,,,,,(,,,,,,(,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,曲,,,,,,,【?(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,图,,网络分析测试的功放管负载图(,,(,,,,,,,,,,),,,,,,,,,,,,,,,(,),(,,,,,,,(【,】,(,(,(,,,,,(,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,们,,,,,伊,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图,,为对,,,,,,型标签进行读取的实测波形波形的下半部分是解调电路前级的波形上半部分是解调电路后级的波形。,,,,(,):,,,,(,,,,,,,,,,【,,,,,,,,,,,,,,(,(,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,伊【,】(,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,):,,,,,(【,,,,(,,,,,,(,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,叨(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,):,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,作者简介:(,)标签帧头信号波形(,)标签编码信号渡形朱海龙(,,,,一)男黑龙江省肇源人。华南理工大学在读博士从事射频识别系统电路与天线技术研究。,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,赖晓铮(,,,,一)男。华南理工大学博士后从事射频识别系统天线技术与标签设计研究。戴宏跃(,,,,一)男华南理工大学在读博士从事射频识别系统及其应用技术研究。,,,,,:,,,,,,,,(,,,(,,,,王鑫(,,,,,)男(华南理工大学在读博士从事射频识别系统电路及天图,,,,,,,,型标签的系统测试结果在测试环境下,’,兀,系统的标签最大读取距离约为,,,,,可以满足长距离读取的要求。,结论‘在,,,,,,长距离,,,阅读器中(,类功率放大器设计中死区时间的设置和天线负载的特性对阅读器的工作性能有很大的影响。本文提出了一种,,,,,阅读器前端,类功率放大器电路和天线负载电一,,一线技术研究。,,,,,:,,,曲,,,,,,,,,,(,,,收稿日期:,,,,,,,,,,,(常会敏编发)万方数据

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