3 RFID讀取器系統硬體架構
3.3 接收機設計
接收機的好壞設計可從下列幾點來討論：
z 靈敏度(Sensitivity)：能夠偵測低功訊號以及從中獲取資料，但錯誤或位元錯 誤率(BER)必須減至最低。通常不同的調變方式在達到一定通信品質的 BER 要求時，會有不同的信號與背景雜訊比的要求，而在天線接收端所收到最低 強度的訊號，經過解調後誤判的資料能低於系統要求，此時訊號能量的值即 稱作靈敏度，訂定其靈敏度標準時，會考慮到(1)系統要求的通訊距離、(2) 傳遞介質的環境、(3)傳輸端的功率，靈敏度愈低，愈能在吵雜的天空接收 到小訊號。
z 交互調變失真(Intermodulation)：理想接收機所含的放大器或是混波器操作 應該都是線性的，但受限於主動元件的線性操作區間有限，使得所組成的接 收機產生非線性的效應，一般交互調變失真產生多是發生於接收機同時收到 相同射頻帶但不同頻道的信號時，通過接收機的非線性效應而產生許多諧 波，萬一不幸有諧波的頻率與所接收的頻道相同，則會干擾到收到的信號，
要解決此問題，除了提高接收機電路的線性度，規劃接收機中頻頻率，避免 產生的諧波落到接收的頻帶中也是很重要的。
z 選擇性(Selectivity)：需能從強烈干擾性雜訊中偵測需要的低電位訊號，有關 的干擾可能是同頻道、頻帶內或頻帶外的雜訊。許多訊號會同時進入接收器 的前端，但只有一種訊號是需要的，因此其他訊號必須全部加以抑制，令其 減弱不會影響或損害所需的訊號強度，否則位元錯誤率便會上升，強烈的干
擾也會減低LNA 的靈敏度。
3.3.1 接收機架架構
目前在射頻接收機的設計架構上，我們採用低中頻接收機的架構，因超外差 式接收機結構較複雜且適合較高的頻帶，如此內部設計的方式越有助於降低鏡像 頻率的干擾。而直接轉換式雖然結構簡單，但是容易有直流補償(DC offset)及 LO 洩漏的問題。低中頻的做法是將接收到的訊號降至很低的中頻位置，多為訊號頻 道寬的數倍，如此一來，就可以利用帶通濾波器將頻道內的信號取出，且移除掉 直流電壓的漂移。另外為了克服鏡像頻率，乃透過電路技巧使其鏡像頻率混波後 的訊號相位旋轉，進而產生相消的效果。其架構如圖20 所示：
圖表 20 低中頻接收機架構
圖是接收器的類比和混合訊號零件，類比前端包含射頻自動增益控制器（RF AGC）、低雜訊放大器（LNA）、射頻混波器、可程式增益放大器（PGA）和 類比數位轉換器。射頻混波器提供兩組輸出，隨後則是複雜的鏡像拒斥（image rejection）處理作業。
3.3.2 低雜訊放大器
經過帶通濾波器濾出的訊號頻帶(922~928MHz)，需再經過低雜訊放大器的放 大，以抵抗後面數級電路的雜訊干擾，而低雜訊放大器必須要能接受大的訊號而 不致受distortion，因此它必須有良好的線性度，且通常我們設計低雜訊放大器的 輸入阻抗為50 歐姆，這是因為前ㄧ級帶通濾波器的關係。由以上敘述可知，ㄧ 個低雜訊放大器必須符合一些特性，如表7:
表格 7 低雜訊放大器特性
操作頻率 MHz
因為一個方波由 fundamental 的奇數個 harmonics 所組成，所以此方波乘上
(
IBIAS +IRF cosωRFt)
會在輸出端的頻譜上產生許多不想要的頻譜部份，因此我們 全的被隔離(isolation)；換句話說，有一部分的 LO 訊號會 feedthrough 到混波器 與 LNA 的輸入，這些 leakage 的訊號再與 LO 做混波(mix)，因此造成在混波器 的輸出端有一直流的 offset 電壓，因而 corrupt baseband 的訊號。所以在混波器 的設計中，訊號LO 與 IF 的 isolation 也是一個設計非常重要的考量。為了避免 上述現象的發生，我們可利用下圖23 的混波器電路來改善此一現象。圖中，LO訊號在輸出端的總和為零，而RF 訊號在輸出端被放大兩倍，因此此混波器電路 玻纖環氧(FR-4)基板。在UHF頻段以及成本考量之下，我們選用常見的FR-4 玻 纖環氧基板即可達到所需的技術要求，其材質為環氧樹酯及玻璃纖維，介電系數
此一設計理念即為電磁相容性(Electromagnetic Compatibility, EMC)。大多數電子 設備的 EMI 是藉由傳導性方式接收，少數則來自無線電頻率之輻射接收。在數 位電路中，最臨限(most critical)的信號通常最易受到 EMI 的干擾，例如重置、中 斷以及控制線路信號。在類比電路中，類比低階放大器、信號轉換器、補償電路