無(wú)源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證平臺設計

根據式（2）可以推算出天線(xiàn)線(xiàn)圈的等效電感，再根據式（1）可以計算出并聯(lián)電容的理論值。

為了補償電路板加工偏差以及電路中其他參數的不確定因素，消除線(xiàn)圈計算值與加工后實(shí)際值之間的誤差，線(xiàn)圈匝數預留3.5、4.5圈可選的跳線(xiàn)。調試時(shí)根據實(shí)際測量結果，確定并聯(lián)電容的容值和線(xiàn)圈的具體匝數。

2.4.2天線(xiàn)調試

驗證平臺電路板加工、焊接完成后，使用阻抗分析儀測量天線(xiàn)的實(shí)際電感值，本次測到的天線(xiàn)線(xiàn)圈的電感值近似為2.9 nH；根據式（1）重新計算并聯(lián)電容的值為47.55 nF，校正理論計算與加工后實(shí)際值之間的偏差。

并聯(lián)電容值確定后，使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測量天線(xiàn)的諧振頻率。根據諧振頻率的偏移情況，逐步增加或者減少線(xiàn)圈匝數，直到達到指定的諧振頻率13.56 MHz.

根據矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的測量結果顯示，本次天線(xiàn)能成功諧振在13.56 MHz，此時(shí)線(xiàn)圈匝數為4，并聯(lián)電容大小為47 nF.圖6、圖7為矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測量的諧振圖。


圖6 幅頻特性圖

圖7 特性阻抗圖

3測試結果

FPGA原型驗證平臺經(jīng)過(guò)器件選型、硬件設計、數字邏輯單元的移植實(shí)現以及系統調試后，能夠與支持ISO/IEC15693協(xié)議的閱讀器進(jìn)行穩定通信。圖8顯示了閱讀器下發(fā)查詢(xún)（Inventory）命令時(shí)空間場(chǎng)波形信息；圖9顯示了閱讀器下發(fā)查詢(xún)（Inventory）命令時(shí)，標簽收到的時(shí)鐘信號（clk）、解調信號（demo_data）以及標簽返回的調制信號（modu_data）波形。


圖8 命令空間場(chǎng)波形圖


圖9 標簽介紹命令、返回數據波形圖

本文結合RFID芯片的設計特點(diǎn)，描述了一種FPGA原型驗證平臺的設計，支撐無(wú)源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證。經(jīng)測試表明，該驗證平臺能夠實(shí)現ISO/IEC15693協(xié)議中的通信功能，能與多款閱讀器進(jìn)行穩定的通信，讀寫(xiě)性能優(yōu)異，穩定性、可靠性都能達到預期的效果，滿(mǎn)足標簽芯片FPGA原型驗證的需求。

本文設計的FPGA原型驗證平臺還可以作為電子標簽芯片的原型設計提供給客戶(hù)試用，提前進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)；還可以提前進(jìn)行第三方的認證工作。另外，該驗證平臺對于符合其他協(xié)議標準的RFID芯片的驗證平臺的設計也有很好的參考價(jià)值。