基于FPGA的RFID板級標簽設計與實(shí)現

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(dòng)識別技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理、防偽及軍事等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應用前景。它利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數據通信，以達到目標識別并交換數據的目的，可用來(lái)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(dòng)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(diǎn)是速度快，可以同時(shí)讀取的標簽數量多，理論上能讀到1 000多個(gè)標簽；功能強，具有多種寫(xiě)保護方式；安全性強。
在我國，由于射頻識別技術(shù)起步較晚，應用的領(lǐng)域不是很廣，主要的應用是基于中低頻的應用，包括車(chē)輛管理、門(mén)禁管理等。目前，超高頻射頻識別技術(shù)及其應用在我國正處于初級發(fā)展階段，國內目前還沒(méi)有成熟的超高頻電子標簽芯片設計技術(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。

1 電子標簽的工作原理
射頻識別系統通常由讀寫(xiě)器(Reader)和射頻標簽(RFID Tag)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)。

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