基于FPGA技術(shù)的射頻識(shí)別RFID板級(jí)標(biāo)簽設(shè)計(jì)

　　3 RFID板級(jí)標(biāo)簽驗(yàn)證平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

板級(jí)標(biāo)簽主要由模擬射頻和數(shù)字處理2部分組成。圖1為板級(jí)電子標(biāo)簽驗(yàn)證平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖。

　　模擬射頻部分采用分立元件實(shí)現(xiàn)，完成射頻信號(hào)的接收，來(lái)自RFID讀寫(xiě)器的信號(hào)通過(guò)天線和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)915MHz的聲表面濾波器濾波，進(jìn)行包絡(luò)檢波后，通過(guò)一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的一階有源低通濾波器，再由電壓比較器完成高低電平的判決。數(shù)字部分由EP1C6Q240FPGA實(shí)現(xiàn)，完成ISO18000-6C協(xié)議處理，EP1C6Q240FPGA接收來(lái)自前端的TTL電平，完成PIE解碼、CRC校驗(yàn)、命令解析、狀態(tài)轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、FMO編碼等功能。FMO編碼通過(guò)反相散射調(diào)制輸出，改變天線的反射阻抗實(shí)現(xiàn)。

　　數(shù)字基帶部分的設(shè)計(jì)在Altera 公司的EP1C6Q240FPGA上實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)協(xié)議內(nèi)容的深入研究，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)字部分采用Top-down的設(shè)計(jì)方法，首先對(duì)電路功能進(jìn)行詳細(xì)描述，按照功能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分；再用Vexilog硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行RTL代碼設(shè)計(jì)。數(shù)字基帶結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，它包括譯碼模塊、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck，CRC）校驗(yàn)?zāi)K、狀態(tài)機(jī)模塊、CRC產(chǎn)生模塊、存儲(chǔ)器、編碼模塊和時(shí)鐘分頻模塊。譯碼模塊接收模擬部分解調(diào)出的命令信號(hào)，根據(jù)協(xié)議中規(guī)定的命令格式將信號(hào)譯碼成標(biāo)簽數(shù)字部分可識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并發(fā)送到CRC校驗(yàn)?zāi)K和狀態(tài)機(jī)模塊。CRC校驗(yàn)?zāi)K對(duì)收到的命令進(jìn)行完整性校驗(yàn)，若確認(rèn)為有效命令，則觸發(fā)狀態(tài)機(jī)模塊，控制標(biāo)簽執(zhí)行相應(yīng)操作，如讀寫(xiě)存儲(chǔ)器、防沖突控制等。處理完成后，則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送至 CRC：產(chǎn)生模塊產(chǎn)生相應(yīng)的CRC校驗(yàn)碼，然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼一起送至編碼模塊，最后由編碼模塊以特定的脈沖形式發(fā)送給模擬部分進(jìn)行處理后，再采用射頻技術(shù)發(fā)送給讀寫(xiě)器。

　　4 測(cè)試結(jié)果

QuartusⅡ6.0是AlteraFPGA/CPLD的綜合性集成設(shè)計(jì)平臺(tái)。該平臺(tái)集成了設(shè)計(jì)輸入、仿真、邏輯綜合、布局布線與實(shí)現(xiàn)、時(shí)序分析、芯片下載與配置、功率分析等幾乎所有設(shè)計(jì)流程所需的工具。VerilogHDL程序在QuartusⅡ6.O環(huán)境下編譯、仿真和下載，板級(jí)標(biāo)簽經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、代碼設(shè)計(jì)、仿真與下載，以及系統(tǒng)調(diào)試后，能夠與支持ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)的讀寫(xiě)器（Cetc7RlidReaderV1.O）進(jìn)行通信，快速準(zhǔn)確地收發(fā)信息，并實(shí)現(xiàn)防沖突功能。圖3顯示板級(jí)標(biāo)簽?zāi)軌蚪獯a來(lái)自閱讀器的命令信息，在狀態(tài)機(jī)的控制下，正確地輸出FM0編碼信號(hào)。圖4顯示板級(jí)標(biāo)簽?zāi)軌蛑С諭SO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器正確讀?。ㄗx取到的EPC碼與標(biāo)簽一致），讀取效果良好（73次/10s），讀取性能穩(wěn)定。測(cè)試表明，板級(jí)標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)中的讀寫(xiě)功能，標(biāo)簽工作性能穩(wěn)定，可靠性都能達(dá)到預(yù)期的效果。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，采用EP1C6Q240FPGA以及模擬射頻分立元件，經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、代碼設(shè)計(jì)、仿真與下載，以及系統(tǒng)調(diào)試后，完成了基于FPGA的板級(jí)標(biāo)簽的軟、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試，已能夠正常工作，讀寫(xiě)性能優(yōu)異，并實(shí)現(xiàn)了防沖突功能。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步提高其安全性和可靠性，所設(shè)計(jì)的標(biāo)簽數(shù)字電路RTL代碼能夠直接應(yīng)用到標(biāo)簽芯片開(kāi)發(fā)中，為下一步設(shè)計(jì)出符合該標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽芯片提供了有力的保證。