目前符合EPC Gen2[1]協(xié)議的電子標(biāo)簽基本都是無源標(biāo)簽,，工作所需能量來自讀寫器發(fā)送的射頻信號,，即波束供電。因此工作距離,、存儲容量等受到能量來源的限制,。為了彌補無源標(biāo)簽的不足，本次研究提出了有源RFID電子標(biāo)簽的設(shè)計方案,。

1 UHF RFID電子標(biāo)簽工作原理
    讀寫器在發(fā)送完控制命令后,，會一直發(fā)送空載波CW,，標(biāo)簽通過反向散射調(diào)制的方式將回傳的信息調(diào)制到CW上。該方式通過改變標(biāo)簽天線的負載阻抗來實現(xiàn)[2],。通常,，一種阻抗處于失配狀態(tài)，另一種阻抗處于匹配狀態(tài),，通過基帶電路控制“阻抗開關(guān)”來完成信號“1”和“0”的傳輸[3],。
2 電子標(biāo)簽的硬件電路設(shè)計
    電子標(biāo)簽包含射頻反射電路、射頻接收電路和基帶控制電路,，如圖1所示,。

2.1 射頻反射電路設(shè)計
    電子標(biāo)簽通過射頻開關(guān)改變天線的負載阻抗來實現(xiàn)反向散射調(diào)制。在不同負載阻抗下,，天線的雷達截面RCS也不一樣,。參考文獻[4]指出，匹配時的RCS0與失配時的RCS1之差的絕對值ΔRCS越大,，反射的誤碼率越低,。如式(1)：
    
可取得最大值。為了達到上述目的,，將射頻開關(guān)的一端接匹配負載,，另一端懸空。
2.2 射頻接收電路設(shè)計
    射頻接收電路由低噪放微帶線移相電路,、包絡(luò)檢波電路,、低通濾波電路、差分放大器和電壓比較器構(gòu)成,。信號首先經(jīng)過低噪放放大,；然后進入50 Ω微帶線產(chǎn)生兩路正交信號；接著由包絡(luò)檢波并通過低通濾波器將高頻成分濾除即可得到兩路基帶信號,。經(jīng)過差分放大器和電壓比較器后可得到PIE編碼波形,。
3 UHF RFID電子標(biāo)簽基帶程序設(shè)計
    基帶程序主要包括接收模塊、主狀態(tài)機和發(fā)送模塊,。
3.1 接收模塊設(shè)計
    如圖2所示,，PIE解碼狀態(tài)機定義了如下7種狀態(tài)：
    (1)S_idle狀態(tài)：解碼開始或結(jié)束時，解碼狀態(tài)機處于S_idle狀態(tài),。
    (2)S_delim狀態(tài)：判斷delim(間隔符)低電平持續(xù)時間是否滿足12.5 ?滋s±5%,。
    (3)S_data0狀態(tài)：測量Tari的時間長度。
    (4)S_rtcal狀態(tài)：判斷RTcal時間長度是否滿足2.5Tari≤RTcal≤3.0Tari,。
    (5)Trcal_or_work_h狀態(tài)：判斷TRcal時間長度是否滿足1.1RTcal≤TRcal≤3.0RTcal,。
    (6)S_work_h狀態(tài)：記錄高電平持續(xù)時間。
    (7)S_work_l狀態(tài)：在信號上升沿判斷數(shù)據(jù)是0或1,。

3.2 主狀態(tài)機設(shè)計
    主狀態(tài)機實現(xiàn)EPC Gen2協(xié)議規(guī)定的7種狀態(tài)：Ready,、Arbitrate、Reply,、Acknowledged,、Open、Secured與Kill,。根據(jù)所處狀態(tài)調(diào)用相關(guān)功能模塊,，常見的操作有讀寫存儲器、使能發(fā)送模塊應(yīng)答讀寫器等,。
3.3 發(fā)送模塊設(shè)計
    FM0編碼狀態(tài)機如圖3所示,，其定義了如下7種狀態(tài)：
    (1)S_idle狀態(tài)：編碼器起始狀態(tài)。
    (2)S_pilot狀態(tài)：添加導(dǎo)頻音,。
    (3)S_sync狀態(tài)：添加前同步碼“00101011”此處“V”由數(shù)據(jù)1代替,。
    (4)S1狀態(tài)：輸出11。
    (5)S2狀態(tài)：輸出10,。
    (6)S3狀態(tài)：輸出01,。
    (7)S4狀態(tài)：輸出00。

    (1)S_idle狀態(tài)：編碼器起始狀態(tài),。
    (2)S_pilot狀態(tài)：添加導(dǎo)頻音,。
    (3)S_sync狀態(tài)：添加前同步碼“010111”。
    (4)S1狀態(tài)：M=2時輸出1010,，M=4時輸出10101010,，M=8時輸出1010101010101010。
    (5)S2狀態(tài)：M=2時輸出1001,，M=4時輸出10100101,，M=8時輸出1010101001010101。
    (6)S3狀態(tài)：M=2時輸出0110,，M=4時輸出01011010,，M=8時輸出0101010110101010。
    (7)S4狀態(tài)：M=2時輸出0101,，M=4時輸出01010101,，M=8時輸出0101010101010101。
4 UHF RFID電子標(biāo)簽測試結(jié)果
    標(biāo)簽實物如圖5所示,。

    讀寫器讀取標(biāo)簽的EPC,、TID、USER 3個存儲區(qū)的數(shù)據(jù)后傳到上位機程序,，所得的測試結(jié)果如圖6所示,。

    本文采用Cyclone系列芯片EP1C3T100C6及相關(guān)射頻芯片，設(shè)計了一種符合EPC Gen2協(xié)議的有源電子標(biāo)簽,。測試結(jié)果表明電子標(biāo)簽工作性能穩(wěn)定,。板級電子標(biāo)簽的設(shè)計為標(biāo)簽的芯片設(shè)計提供了可靠的保證,，降低了流片的風(fēng)險。
參考文獻
[1] EPC global Inc．EPCTM radio-frequency identity protocols  Class-l Gen-2 UHF RFID protocol for communications at 860 MHz～960 MHz[S].Lawrenceville：EPC Global Inc,，2004．
[2] STEWART J T,，WHEELER E，TEIZER J,，et al.Quadrature  amplitude modulated backscatter in passive and semipassive UHF RFID systems[J].IEEE Transactions on Microwave  Theory and Techniques,，2012，60(4)：1175-1182.
[3] NIKITIN P V,，SESHAGIRI K V R,，LAM S F，et al.Power reflection coefficient analysis for complex impedances in  RFID tag design[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,，2005,，53(9)：2721-2724.
[4] 李兵，何怡剛,，佘開,，等.基于雷達截面差值的標(biāo)簽通信誤碼率分析與測量[J].儀器儀表學(xué)報，2010(31)：2815-2819.