基于FPGA的RFID板級標簽設(shè)計與實現(xiàn)

引 言
射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一種新興的非接觸式自動識別技術(shù)，在工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理、防偽及軍事等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，以達到目標識別并交換數(shù)據(jù)的目的，可用來跟蹤并管理幾乎所有的物理對象。RFID電子標簽已經(jīng)成為21世紀全球自動識別技術(shù)發(fā)展的主要方向。目前，RFID已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，且有國際標準ISO10536，ISO14443，ISO15693，ISO18000，EPC Global等幾種。其中，ISO18000-6C屬于超高頻射頻識別技術(shù)標準，它融合了EPC C1G2標準。該標準的特點是速度快，可以同時讀取的標簽數(shù)量多，理論上能讀到1 000多個標簽；功能強，具有多種寫保護方式；安全性強。
在我國，由于射頻識別技術(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、門禁管理等。目前，超高頻射頻識別技術(shù)及其應(yīng)用在我國正處于初級發(fā)展階段，國內(nèi)目前還沒有成熟的超高頻電子標簽芯片設(shè)計技術(shù)。
在此，首先介紹電子標簽的工作原理及ISO18000-6C標準，并根據(jù)ISO18000-6C標準，設(shè)計了實現(xiàn)超高頻電子標簽驗證平臺的整體電路。重點討論基于EP1C6Q240FPGA的數(shù)字基帶部分設(shè)計與實現(xiàn)。最后給出了該平臺的測試結(jié)果，驗證了平臺設(shè)計的正確性和可靠性。

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

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