基于FPGA的RFID板級(jí)標(biāo)簽設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引 言
射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一種新興的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、防偽及軍事等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別并交換數(shù)據(jù)的目的，可用來(lái)跟蹤并管理幾乎所有的物理對(duì)象。RFID電子標(biāo)簽已經(jīng)成為21世紀(jì)全球自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主要方向。目前，RFID已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，且有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO10536，ISO14443，ISO15693，ISO18000，EPC Global等幾種。其中，ISO18000-6C屬于超高頻射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它融合了EPC C1G2標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是速度快，可以同時(shí)讀取的標(biāo)簽數(shù)量多，理論上能讀到1 000多個(gè)標(biāo)簽；功能強(qiáng)，具有多種寫(xiě)保護(hù)方式；安全性強(qiáng)。
在我國(guó)，由于射頻識(shí)別技術(shù)起步較晚，應(yīng)用的領(lǐng)域不是很廣，主要的應(yīng)用是基于中低頻的應(yīng)用，包括車輛管理、門(mén)禁管理等。目前，超高頻射頻識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用在我國(guó)正處于初級(jí)發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有成熟的超高頻電子標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。
在此，首先介紹電子標(biāo)簽的工作原理及ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)超高頻電子標(biāo)簽驗(yàn)證平臺(tái)的整體電路。重點(diǎn)討論基于EP1C6Q240FPGA的數(shù)字基帶部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最后給出了該平臺(tái)的測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了平臺(tái)設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。

1 電子標(biāo)簽的工作原理
射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由讀寫(xiě)器(Reader)和射頻標(biāo)簽(RFID Tag)構(gòu)成。附著在待識(shí)別物體上的射頻標(biāo)簽內(nèi)存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息。讀寫(xiě)器可無(wú)接觸地讀出標(biāo)簽中所存的電子數(shù)據(jù)或者將信息寫(xiě)入標(biāo)簽，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各類物體的自動(dòng)識(shí)別和管理。讀寫(xiě)器與射頻標(biāo)簽按照約定的通信協(xié)議采用先進(jìn)的射頻技術(shù)互相通信，其基本通信過(guò)程如下。
(1)讀寫(xiě)器作用范圍內(nèi)的標(biāo)簽接收讀寫(xiě)器發(fā)送的載波能量，上電復(fù)位；
(2)標(biāo)簽接收讀寫(xiě)器發(fā)送的命令并進(jìn)行操作；
(3)讀寫(xiě)器發(fā)出選擇和盤(pán)存命令對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，
選定單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信，其余標(biāo)簽暫時(shí)處于休眠狀態(tài)；
(4)被識(shí)別的標(biāo)簽執(zhí)行讀寫(xiě)器發(fā)送的訪問(wèn)命令，并通過(guò)反向散射調(diào)制方式向讀寫(xiě)器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此后不再對(duì)讀寫(xiě)器應(yīng)答；
(5)讀寫(xiě)器對(duì)余下標(biāo)簽繼續(xù)搜索，重復(fù)(3)，(4)分別喚醒單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀取。直至識(shí)別出所有標(biāo)簽。
標(biāo)簽向讀寫(xiě)器傳送數(shù)據(jù)是通過(guò)反向散射調(diào)制技術(shù)，對(duì)于無(wú)源電子標(biāo)簽，其本身沒(méi)有足夠的發(fā)射能量，所以通過(guò)改變天線的匹配阻抗控制天線的反射強(qiáng)弱，阻抗不匹配時(shí)天線反射率很大，阻抗匹配時(shí)天線反射率很小，以此來(lái)表示輸出信號(hào)的有無(wú)。

2 ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)
ISO18000-6c標(biāo)準(zhǔn)為：
工作頻率 標(biāo)簽應(yīng)能夠在860～960 MHz的頻率范圍內(nèi)接收從讀寫(xiě)器發(fā)出的功率并能夠與讀寫(xiě)器通信。
調(diào)制 讀寫(xiě)器應(yīng)采用DSB-ASK，SSB-ASK或PR-ASK調(diào)制方式進(jìn)行通信。標(biāo)簽應(yīng)該能夠解調(diào)上述3種類型的調(diào)制。標(biāo)簽反向散射應(yīng)采用ASK或PSK調(diào)制。標(biāo)簽商選擇調(diào)制形式。讀寫(xiě)器能夠解調(diào)上述2種調(diào)制。
數(shù)據(jù)編碼 讀寫(xiě)器到標(biāo)簽的鏈路應(yīng)采用PIE編碼，標(biāo)簽將反射散射的數(shù)據(jù)編為該數(shù)據(jù)速率的副載波FMO基帶或Miller調(diào)制。讀寫(xiě)器發(fā)出編碼選擇的命令。
數(shù)據(jù)速率 讀寫(xiě)器到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)速率根據(jù)Tari值進(jìn)行選擇，數(shù)據(jù)速率可以從40～640 Kb／s。標(biāo)簽的反射速率由下面兩個(gè)公式共同決定：