RFID Reader, Вопрос по построению системы чтения меток на ПАВ Опции

[Artemij14]

Добрый день!

Я проектирую систему чтения пассивных RFID меток, работающих на поверхностных акустических волнах(ПАВ). Принцип работы RFID меток на ПАВ достаточно прост: антенной метки принимается радиоимпульс от ридера и преобразуется в поверхностную акустическую волну, которая очень медленно распространяется по поверхности кристалла чипа до отражателей, которые формируют дискретно временное кодирование и при задержке сигнала в метке около 1мкс потери около 40-50дБ. Задача состоит в том, чтобы сгенерировать радиочастотных импульс длительностью 40нс и заполнением 900МГц, излучить его в направлении RFID меток и получить от них отклик. С генерацией 40нс импульсов проблем нет. Основная проблема, с которой я столкнулся, это очень слабый эхо сигнал - около -120дБ.

Я пытался решить проблему приема и детектирования этого сигнала в лоб, используя LNA от Avago и далее детектор сигнала AD8318. В итоге чувствительность приемника составила порядка -80дБ. Добавление дополнительных усилителей после LNA, согласованного фильтра и PA не приводит к существенным изменениям за счет плохого SNR. Все тонет в шумах. Гетеродин я не использую, т.к. радиоимпульсы довольно короткие: 40нс и на промежуточной частоте, скажем 100МГц, это только 4 периода.

У кого нибудь есть опыт создания подобных систем? Гугление не помогло найти готовые схемотехники и решения для конкретно этой задачи. Буду признателен за советы.

[Jurenja]

Для расчета чувствительность приемника есть популярная формула, используем её.
Для длительности радиоимпульсов 40 нс полоса пропускания приемника должна быть не менее 1/40 нс = 25 МГц
Отношение сигнал/шум меньше чем 6 дБ не имеет смысла, что-то хорошее начинается с 10 дБ.
Коэффициент шума приемника примем равным 1 дБ - это очень хорошее значение.
итого максимально возможная чувствительность = -174дБм + 10 log(25 МГц) + 1дБ +10дБ = -174 + 74 + 1 + 10 = - 89 дБм. До -120 дБм очень и очень далеко.
У вас чувствительность получилась -80, довольно близко к максимально возможному значению. Скорее всего для хорошей передачи фронтов радиоимпульса используете ширину полосы приёмника намного больше чем 25 МГц.
Для улучшения чувствительности можно делать следующее:
1. Уменьшить температуру приёмника: число в формуле -174дБм это не константа, а параметр который зависит от температуры. То значение которое в формуле - это для комнатной температуры. Но думаю что ради RFID меток вы не будете заниматься криогенным охлаждением приемника.
2. Уменьшить полосу пропускания приёмника. Если не хватает 40 дВ, то уменьшить полосу нужно примерно в 10000 раз. Но это приведет у увеличению во столько же раз минимальных длительностей передаваемых и принимаемых импульсов, следовательно поверхностная акустическая волна должна распространяться дольше во столько же раз ну и габариты самой RFID метки должно быть в те же 10000 раз больше. Вряд ли такие размеры можно будет использовать. И это ещё если не учитывать, что при увеличении дистанции для поверхностных волн будет сильно увеличиваться их затухание и улучшение чувствительности может быть намного меньше ожидаемого или улучшения не будет вообще.
Поэтому вполне ожидаемо, что гугление не помогло: идея красивая, но не реализуемая.
имхо.

[Artemij14]

Для расчета чувствительность приемника есть популярная формула, используем её.
Для длительности радиоимпульсов 40 нс полоса пропускания приемника должна быть не менее 1/40 нс = 25 МГц
---
Скорее всего для хорошей передачи фронтов радиоимпульса используете ширину полосы приёмника намного больше чем 25 МГц.
Для улучшения чувствительности можно делать следующее:
1. Уменьшить температуру приёмника: число в формуле -174дБм это не константа, а параметр который зависит от температуры. То значение которое в формуле - это для комнатной температуры. Но думаю что ради RFID меток вы не будете заниматься криогенным охлаждением приемника.
2. Уменьшить полосу пропускания приёмника. Если не хватает 40 дВ, то уменьшить полосу нужно примерно в 10000 раз. Но это приведет у увеличению во столько же раз минимальных длительностей передаваемых и принимаемых импульсов
---
Поэтому вполне ожидаемо, что гугление не помогло: идея красивая, но не реализуемая.
имхо.

Спасибо за ссылку на формулу!
Да, как раз в качестве согласующего фильтра собирался использовать 25МГц полосу, но для усиления фронтов поменял на 50МГц.

1. Согласен, охлаждать это слишком роскошно для такой системы.
2. Именно, 40нс делаем чтобы импульс был короткий и можно было зафиксировать задержку в акустической части метки, так чтобы задержка сигнала на распространение между ридером и меткой(около 10метров) давала задержку меньше ширины импульса.

За счет того, что на процедуру опроса уходит около 1-2 мкс я могу повторять запросы и набирать статистику до 500000 раз в секунду. Это позволит увеличить чувствительность. При использовании векторного анализатора цепей в режиме усреднения временного отклика(в режиме поиска разрыва кабеля по отражению сигнала) мы получаем следующую картину. Моя задача сделать устройство, которое бы всеми возможными способами выдавало примерно тоже самое.

P.S. Конечно я понимаю, что в векторном анализаторе цепей используется FFT для получения временного отклика по снятым S-параметрам. А я делаю устройство прямого детектирования, которое возможно нельзя сделать принципиально по такой схеме.