一種電子標(biāo)簽識(shí)讀終端的研究與設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽和識(shí)讀終端是構(gòu)成射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本條件。本文對低頻電子標(biāo)簽與識(shí)讀終端之間的作用基理進(jìn)行了研究分析，據(jù)此提出了以基站芯片EM4095為射頻接口的識(shí)讀終端硬件設(shè)計(jì)，并對解碼程序設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了具體論述。

1 引言

　　射頻識(shí)別(RFID)是利用無線方式對電子數(shù)據(jù)載體(電子標(biāo)簽)進(jìn)行識(shí)別的一種新興技術(shù)。與接觸式Ic卡和條形碼識(shí)別等系統(tǒng)比較，它有著巨大的優(yōu)勢。利用射頻識(shí)別技術(shù)，能有效實(shí)現(xiàn)對數(shù)量大、分布區(qū)域廣的信息進(jìn)行智能化管理，達(dá)到高效快捷運(yùn)作的目的，特別是在物流、交通航運(yùn)、自動(dòng)收費(fèi)、服務(wù)領(lǐng)域等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　針對工作頻率為100kHz一150kHz的電子標(biāo)簽EM4100．本文提出了其識(shí)讀終端的設(shè)計(jì)。

2 無源射頻芯片EM4100工作基理

　　EM4100系列為微型低功耗電子標(biāo)簽芯片，工作頻率范圍為100kHz～ 150kHz，主時(shí)鐘及工作電源取自識(shí)讀器發(fā)射的信號(hào)。作為接收天線的線圈和微芯片已連好并封裝在一起。內(nèi)部電路分模擬模塊和數(shù)字模塊2大部分。模擬模塊包括：全波整流電路，時(shí)鐘提電路，調(diào)制電路；數(shù)字模塊包括： 序列發(fā)生器，只讀存貯器．?dāng)?shù)據(jù)編碼器。

　　無源電子標(biāo)簽與識(shí)讀器之間的作用距離滿足關(guān)系rλ(工作波長)，根據(jù)天線理論，屬于天線近區(qū)場(即感應(yīng)場)。因此，電子標(biāo)簽天線與識(shí)讀終端天線之間的作用是基于電磁感應(yīng)原理，等效電路見圖1。其中，Ll為識(shí)讀器發(fā)射天線電感，L2為電子標(biāo)簽線圈電感，R2為電子標(biāo)簽線圈的內(nèi)阻，R L為電子標(biāo)簽諧振回路的等效負(fù)載。

　　互感M在 L2上產(chǎn)生的電壓 作為 L2回路的信號(hào)源，由等效電路可推得回路的輸出電壓表達(dá)式：

　　在其他因素不變時(shí)，若識(shí)讀終端發(fā)射的信號(hào)頻率與該諧振電路的諧振頻率() 相等，則輸出電壓最大；偏離諧振頻率時(shí)，電壓將快速減小。諧振信號(hào)經(jīng)整流濾波后作為片工作電源，當(dāng)該電壓值達(dá)到EM4100的要求時(shí)，芯片啟動(dòng)工作。該諧振電路的輸出電壓值取決于Q值、交變磁場強(qiáng)度及頻率。顯然，電子標(biāo)簽與識(shí)讀終端之間的距離直接影響該電壓值。

　　在時(shí)鐘提取電路從線圈感應(yīng)信號(hào)提取的主時(shí)鐘作用下，序列發(fā)生器發(fā)出存儲(chǔ)器尋址、數(shù)據(jù)串行輸出控制、數(shù)據(jù)編碼控制等信號(hào)。芯片內(nèi)存貯有唯一的64bit代碼：9bit起始位、40bit信息位、14bit校驗(yàn)位、lbit停止位。代碼經(jīng)編碼后控制調(diào)制器中的電流開關(guān)．實(shí)現(xiàn)對f0=125kHz載波進(jìn)行調(diào)幅。每bit數(shù)據(jù)的時(shí)間寬度與載波周期的比率有3種選擇：64、32、16。數(shù)據(jù)信號(hào)控制應(yīng)答器天線負(fù)載的接通和斷開．識(shí)讀器天線上電壓將跟隨變化，實(shí)際是應(yīng)答器(電子標(biāo)簽)數(shù)據(jù)對識(shí)讀器天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答器數(shù)據(jù)向識(shí)讀器的傳輸。這就是所謂的負(fù)載調(diào)制。在識(shí)讀終端有效作用范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽循環(huán)發(fā)送64bit代碼數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向識(shí)讀終端的傳送。

3 識(shí)讀終端硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)