RFID板級標簽驗證平臺的總體設計與實(shí)現

在此，首先介紹電子標簽的工作原理及ISO18000-6C標準，并根據ISO18000-6C標準，設計了實(shí)現超高頻電子標簽驗證平臺的整體電路。重點(diǎn)討論基于EP1C6Q240FPGA的數字基帶部分設計與實(shí)現。最后給出了該平臺的測試結果，驗證了平臺設計的正確性和可靠性。

　　射頻識別系統通常由讀寫(xiě)器(Reader)和射頻標簽(RFIDTag)構成。附著(zhù)在待識別物體上的射頻標簽內存有約定格式的電子數據，作為待識別物品的標識性信息。讀寫(xiě)器可無(wú)接觸地讀出標簽中所存的電子數據或者將信息寫(xiě)入標簽，從而實(shí)現對各類(lèi)物體的自動(dòng)識別和管理。讀寫(xiě)器與射頻標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)器作用范圍內的標簽接收讀寫(xiě)器發(fā)送的載波能量，上電復位;(2)標簽接收讀寫(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)存命令對標簽進(jìn)行識別，選定單個(gè)標簽進(jìn)行通信，其余標簽暫時(shí)處于休眠狀態(tài);(4)被識別的標簽執行讀寫(xiě)器發(fā)送的訪(fǎng)問(wèn)命令，并通過(guò)反向散射調制方式向讀寫(xiě)器發(fā)送數據信息，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此后不再對讀寫(xiě)器應答;(5)讀寫(xiě)器對余下標簽繼續搜索，重復(3)，(4)分別喚醒單個(gè)標簽進(jìn)行讀取。直至識別出所有標簽。

　　標簽向讀寫(xiě)器傳送數據是通過(guò)反向散射調制技術(shù)，對于無(wú)源電子標簽，其本身沒(méi)有足夠的發(fā)射能量，所以通過(guò)改變天線(xiàn)的匹配阻抗控制天線(xiàn)的反射強弱，阻抗不匹配時(shí)天線(xiàn)反射率很大，阻抗匹配時(shí)天線(xiàn)反射率很小，以此來(lái)表示輸出信號的有無(wú)。

　　RFID板級標簽驗證平臺的總體設計與實(shí)現

　　板級標簽主要由模擬射頻和數字處理2部分組成。

　　模擬射頻部分采用分立元件實(shí)現，完成射頻信號的接收，來(lái)自RFID讀寫(xiě)器的信號通過(guò)天線(xiàn)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)運放構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。數字部分由EP1C6Q240FPGA實(shí)現，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、命令解析、狀態(tài)轉移、數據存儲、FMO編碼等功能。FMO編碼通過(guò)反相散射調制輸出，改變天線(xiàn)的反射阻抗實(shí)現。

　　數字基帶部分的設計在A(yíng)ltera公司的EP1C6Q240FPGA上實(shí)現。經(jīng)過(guò)對協(xié)議內容的深入研究，實(shí)現標簽數字部分采用Top-down的設計方法，首先對電路功能進(jìn)行詳細描述，按照功能對整個(gè)系統進(jìn)行模塊劃分;再用Vexilog硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行RTL代碼設計。數字基帶結構框圖如圖2所示，它包括譯碼模塊、循環(huán)冗余校驗(CyclicRedundancyCheck，CRC)校驗模塊、狀態(tài)機模塊、CRC產(chǎn)生模塊、存儲器、編碼模塊和時(shí)鐘分頻模塊。譯碼模塊接收模擬部分解調出的命令信號，根據協(xié)議中規定的命令格式將信號譯碼成標簽數字部分可識別的二進(jìn)制數據，并發(fā)送到CRC校驗模塊和狀態(tài)機模塊。CRC校驗模塊對收到的命令進(jìn)行完整性校驗，若確認為有效命令，則觸發(fā)狀態(tài)機模塊，控制標簽執行相應操作，如讀寫(xiě)存儲器、防沖突控制等。處理完成后，則將要發(fā)送的數據送至CRC：產(chǎn)生模塊產(chǎn)生相應的CRC校驗碼，然后將要發(fā)送的數據和校驗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 測試結果

　　QuartusⅡ6.0是AlteraFPGA/CPLD的綜合性集成設計平臺。該平臺集成了設計輸入、仿真、邏輯綜合、布局布線(xiàn)與實(shí)現、時(shí)序分析、芯片下載與配置、功率分析等幾乎所有設計流程所需的工具。VerilogHDL程序在QuartusⅡ6.O環(huán)境下編譯、仿真和下載，板級標簽經(jīng)過(guò)總體設計、PCB板設計與實(shí)現、代碼設計、仿真與下載，以及系統調試后，能夠與支持ISO18000-6C標準的讀寫(xiě)器(Cetc7RlidReaderV1.O)進(jìn)行通信，快速準確地收發(fā)信息，并實(shí)現防沖突功能。圖3顯示板級標簽能夠解碼來(lái)自閱讀器的命令信息，在狀態(tài)機的控制下，正確地輸出FM0編碼信號。圖4顯示板級標簽能夠支持ISO18000-6C標準的閱讀器正確讀取(讀取到的EPC碼與標簽一致)，讀取效果良好(73次/10s)，讀取性能穩定。測試表明，板級標簽能夠實(shí)現ISO18000-6C標準中的讀寫(xiě)功能，標簽工作性能穩定，可靠性都能達到預期的效果。

　　5 結語(yǔ)

　　根據ISO18000-6C標準，采用EP1C6Q240FPGA以及模擬射頻分立元件，經(jīng)過(guò)總體設計、PCB板設計與實(shí)現、代碼設計、仿真與下載，以及系統調試后，完成了基于FPGA的板級標簽的軟、硬件設計與實(shí)現。該系統通過(guò)測試，已能夠正常工作，讀寫(xiě)性能優(yōu)異，并實(shí)現了防沖突功能。在此基礎上可以進(jìn)一步提高其安全性和可靠性，所設計的標簽數字電路RTL代碼能夠直接應用到標簽芯片開(kāi)發(fā)中，為下一步設計出符合該標準的電子標簽芯片提供了有力的保證。