一種應(yīng)用于UHF讀寫(xiě)器的數(shù)字跳頻技術(shù)

摘要：針對(duì)超高頻(UHF)讀卡器在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)盲區(qū)而無(wú)法順利讀取標(biāo)簽的情況，提出了應(yīng)用于UHF讀寫(xiě)器的數(shù)字跳頻技術(shù)方案。通過(guò)上位機(jī)軟件發(fā)送數(shù)字跳頻參數(shù)給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)得到的參數(shù)對(duì)集成鎖相環(huán)芯片Si4133、功率放大器RF2173及外設(shè)進(jìn)行配置，得到數(shù)字跳頻的栽波信號(hào)。測(cè)試結(jié)果證明，該方案應(yīng)用于UHF讀卡器項(xiàng)目中，能順利讀到標(biāo)簽。
關(guān)鍵詞：UHF讀寫(xiě)器；RFID；數(shù)字跳頻；頻率合成

引言
RFID技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持，超高頻(UHF)讀寫(xiě)器憑借讀取距離遠(yuǎn)、速度快的特點(diǎn)，未來(lái)必將在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)的大部分UHF讀寫(xiě)器都是基于單頻點(diǎn)或者頻帶較窄，在讀取標(biāo)簽的過(guò)程中容易出現(xiàn)盲區(qū)，導(dǎo)致無(wú)法順利讀取標(biāo)簽。
本文提出了一種基于FPGA的數(shù)字跳頻技術(shù)，通過(guò)上位機(jī)設(shè)置中心頻點(diǎn)和跳頻步進(jìn)，利用FPGA對(duì)集成鎖相環(huán)芯片進(jìn)行配置，得到期望的頻率，實(shí)現(xiàn)跳頻讀取標(biāo)簽，從而解決了實(shí)際情況中的盲區(qū)問(wèn)題。

1 總體框架
UHF讀寫(xiě)器總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。主控芯片采用Altera公司的Cyclone III系列FPGA芯片EP3C25Q240C8。該芯片有24 624個(gè)LE、149個(gè)用戶(hù)I／O口、608 256位存儲(chǔ)器、4個(gè)鎖相環(huán)；外部接口多，資源豐富，非常適合在早期研發(fā)階段擴(kuò)展各種功能。

FPGA外擴(kuò)512MB SRAM和64 MB NOR Flash存儲(chǔ)器，能夠?qū)崿F(xiàn)SOPC設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植、讀寫(xiě)器擴(kuò)展的功能(比如網(wǎng)絡(luò)接入能力)；有USB外設(shè)，方便數(shù)據(jù)的USB傳輸；利用串口轉(zhuǎn)USB芯片CP2102，可方便上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的配置參數(shù)進(jìn)行控制。
FPGA從上位機(jī)發(fā)送的命令碼中解碼出各種配置參數(shù)，完成射頻發(fā)射電路中Si4133中心頻率以及跳頻步進(jìn)的設(shè)置，對(duì)功率放大器芯片RF21 73的工作模式進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)EPC GEN2協(xié)議規(guī)定的與標(biāo)簽交互命令的PIE編碼和FM0，Miller 2、4、8解碼，將讀取到的標(biāo)簽EPC通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 鎖相環(huán)芯片Si4133工作原理
Si4133是Silicon Laboratories公司推出的一款應(yīng)用于GSM和GPRS無(wú)線(xiàn)通信的芯片，內(nèi)部含有集成壓控振蕩器的多邊帶射頻頻率合成器。其內(nèi)部框圖如圖2所示。