與其他常用的自動識別技術(shù)如條形碼和磁條一樣,，無線射頻識別（RFID）技術(shù)也是一種自動識別技術(shù)。每一個目標對象在射頻讀卡器中對應(yīng)唯一的電子識別碼（UID）,，或者“電子標簽”。標簽附著在物體上標識目標對象，如紙箱,、貨盤或包裝箱等。射頻讀卡器（應(yīng)答器）從電子標簽上讀取識別碼,。

   
      基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：天線或線圈,、帶RFID解碼器的收發(fā)器和RFID電子標簽（每個標簽具有唯一的電子識別碼）。表1顯示了常用的四個RFID頻率及其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域,。其中,，目前商業(yè)上應(yīng)用最廣的是超高頻（UHF），它在供應(yīng)鏈管理中有可能得到廣泛的應(yīng)用,。

　　EPC電子標簽

　　EPC表示電子產(chǎn)品代碼,，是RFID電子標簽的標準，它包括電子標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容和無線通信協(xié)議,。EPC標準將條形碼規(guī)范中的數(shù)據(jù)信息標準與ANSI或其他標準化組織（802.11b）制定的無線數(shù)據(jù)通信標準結(jié)合在一起,。目前應(yīng)用在供應(yīng)鏈管理中的EPC標準，屬于第二代EPC Class-1標準。

　　Class-1標簽在出廠時已經(jīng)被寫入

,，但也是可以現(xiàn)場下載,。通常情況下，一旦標簽已被寫入,，內(nèi)存即被鎖定不可再次寫入信息,。Class-1標簽采用常規(guī)的分組傳輸協(xié)議—讀卡器發(fā)送包含相關(guān)命令和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，標簽隨后做出響應(yīng),。

　　惡劣的讀卡器應(yīng)用環(huán)境

　　RFID的應(yīng)用環(huán)境可能非常惡劣,。信道的工作頻率是免許可的工業(yè)、科技與醫(yī)藥（ISM）頻帶,。此頻帶中的RFID讀卡器受到來自無繩電話,、無線耳麥、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及其他臨近讀卡器的干擾,。必須將每一讀卡器的RF接收器前端設(shè)計為能夠抵御強干擾信號,，避免產(chǎn)生可導致詢問錯誤的失真。接收器的噪聲必須保持在較低的水平,，以便具備足夠的動態(tài)范圍,，從而以無錯方式檢測出低電平標簽響應(yīng)信號。

                        
      圖1中所示的讀卡器RF射頻收發(fā)器,，是一個成熟的設(shè)計,，能夠在存在大量干擾源的惡劣環(huán)境中穩(wěn)定地工作。發(fā)射器和接收器都帶有一個高動態(tài)范圍直接轉(zhuǎn)換調(diào)制器和解調(diào)器,，因此最大限度地提高了穩(wěn)定性并降低了成本,。

　　實用和可靠的射頻接收器設(shè)計

　　接收器的核心是Linear公司的LT5516，這是一種高度集成化的直接轉(zhuǎn)換正交解調(diào)器,，芯片上提供了一個精確正交移相器（0度至90度）,。來自天線的信號在通過射頻濾波器之后，通過一個不平衡變壓器直接輸入到解調(diào)器輸入端口,。由于LT5516的噪聲系數(shù)很低,，在不需要低噪放大器（LNA）的情況下，仍能保持其21.5dBm IIP3和9.7dB P1dB的性能,。

　　在接收數(shù)據(jù)時,，讀卡器發(fā)射連續(xù)載波（未調(diào)制），以便為標簽提供電源,。在收到請求后,，電子標簽通過對載波進行調(diào)幅，響應(yīng)一個碼流,。所采用的調(diào)制方式為幅移鍵控（ASK）或者反相-幅移鍵控鍵控（PR-ASK）,。解調(diào)器帶有兩個正交移相檢出式輸出端口,，因此具備天然的分集接收功能。如果由于多路或相位取消導致某個通道無法接收信號,，另一條通道（移相90度）就可接收較強的信號,，反之亦然。這樣,，整體接收可靠性就得以提高,。

　　一旦解調(diào)完成，即可將I（相內(nèi)）和Q（正交相位）差分輸出信號以AC方式耦合至一個運算放大器（被配置為一個差分放大器）,，隨后被轉(zhuǎn)換為單端輸出信號,。這個時候應(yīng)將高通角頻率設(shè)置為5KHz，低于接收數(shù)據(jù)流的最小信號頻率,，高于最大多普勒頻率（可能被運動標簽采用）,，同時保持高于電力線頻率（60Hz）。這樣,，輸出信號就能利用被配置為四階低通的LT1568順利穿過低通濾波器,。低通角頻率應(yīng)被設(shè)置為5MHz，以便最大碼流信號穿過濾波器,，達到基帶,。

　　基帶信號然后被一個雙路低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器（LTC2291，分辨率為12位）進行數(shù)字化處理,。由于標簽碼流的帶寬為5KHz至5MHz,，LTC2291能夠以25MSps的速率進行充分的采樣，從而精確地捕獲解調(diào)信號,。在需要的時候,，還可在基帶DSP中實現(xiàn)額外的數(shù)字濾波。這樣,，接收器就能具備最大的邏輯閾值設(shè)置靈活性，該設(shè)置可由基帶處理器以數(shù)字化方式執(zhí)行,。

　　基帶任務(wù)和數(shù)字化射頻信道化處理,，可提高用全FPGA解決方案實現(xiàn)的吸引力和集成度。

　　高動態(tài)范圍射頻發(fā)射器設(shè)計

　　發(fā)射器集成了一個鏡像抑制直接轉(zhuǎn)換式調(diào)制器,。LT5568具備很高的線性度和較低的背景噪聲,，因此能夠為所發(fā)射的信號提供出色的動態(tài)范圍性能。調(diào)制器能夠從數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）接收正交式基帶I和Q信號,，然后直接調(diào)制至900MHz發(fā)射頻率,。

　　在內(nèi)部，LO（本地振蕩器）被精確正交移相器分割,。經(jīng)調(diào)制的射頻信號被合并為一個單端,、單邊帶射頻輸出信號（鏡像被抑制了46dBc）。此外，調(diào)制器還帶有匹配的I和Q混合器,，從而最大限度地抑制了LO載波信號（至-43dBm）,。

　　復合調(diào)制電路具備出色的鄰道功率比（ACPR），有助于滿足發(fā)射頻率屏蔽要求,。例如,，當調(diào)制器射頻輸出電平為-8dBm時，ACPR指標優(yōu)于-60dBc,。由于具備更出色的ACPR性能,，信號可被放大至許可的1w功率（在美國為+30dBm），或者放大至2w,，以符合歐盟規(guī)范,。在上述兩種情況下，重要的是保持電平固定,，因為該電平用于向電子標簽提供電源,，并最大化讀卡距離。LTC5505型射頻功率檢測器的內(nèi)部溫度補償功能,，可準確地測定功率,，提供穩(wěn)定的反饋信號，以調(diào)節(jié)射頻功率放大器的輸出功率,。

　　基帶處理和網(wǎng)絡(luò)接口

　　在基帶頻率上,，F(xiàn)PGA執(zhí)行發(fā)送至DAC和來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的波形的信道化任務(wù)。這一過程也被稱為數(shù)字中頻處理,，涉及濾波,、增益控制、頻率轉(zhuǎn)換和采樣率變化等,。F

PGA甚至可以并行處理多個信道,。
 
圖2顯示了一個射頻讀卡器的架構(gòu)。其他基帶處理任務(wù)包括：

　　·?? 先導字段檢測

　　·?? 排序估計

　　·?? 調(diào)制和解調(diào)（ASK,、頻移鍵控和相移鍵控）

　　·?? 信號產(chǎn)生

　　·?? 相關(guān)器處理

　　·?? 峰值檢測和閾值設(shè)定

　　·?? CRC糾錯和校驗和

　　·?? 編碼和解碼（NRZ,、Manchester、單極性,、差分雙極性和Miller）

　　·?? 幀檢測

　　·?? ID去擾

　　·?? 安全加密引擎

　　所收到的RFID標簽數(shù)據(jù)可通過串口或網(wǎng)絡(luò)接口被傳送至企業(yè)系統(tǒng)服務(wù)器,。

　　這種傳統(tǒng)的架構(gòu)正逐步演變?yōu)橐粋€高級分布式 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的一個部分。在該網(wǎng)絡(luò)中,，射頻讀卡器將負責管理臨近的標簽,。在這種情況下，射頻讀卡器就象是電子標簽和連接至企業(yè)軟件系統(tǒng)的智化分布式數(shù)據(jù)庫之間的網(wǎng)關(guān),。

　　取決于硬件/軟件功能分區(qū)情況,，這些基帶任務(wù)即可在FPGA上完成,，也可在DSP上完成，或者由二者聯(lián)合執(zhí)行,。Xilinx公司推出了一個IP內(nèi)核套件,，其中包括FIR、CIC,、DDS,、DUC、DDC,、比特相關(guān)器,、正弦/余弦LUT等。這些邏輯電路非常適合執(zhí)行加密引擎任務(wù)（加密引擎采用移位寄存器和XOR）,。針對Xilinx® VirtexTM-4系列的DSP48引擎十分適合執(zhí)行其他信號處理任務(wù),。

　　一個基帶處理器負責控制各種基帶處理任務(wù)的功能性和調(diào)度，還負責鏈路層協(xié)議,。這些基帶處理任務(wù)包括跳頻,、發(fā)送前偵聽、防沖突算法處理等,?；鶐幚砥鬟€提供了以太網(wǎng)、USB,、固件等接口,。

　　基帶任務(wù)和數(shù)字化射頻信道化處理，可提高全FPGA解決方案的吸引力和集成度,。FGPA功能,、DSP功能，以及基帶處理功能,，都可被整合于一個帶有嵌入式處理器的FPGA,。

    
       圖 3 顯示了一個基于 FPGA 的 RFID 處理器的架構(gòu)。嵌入式處理器可以是一個硬核（譬如,，Virtex-4 FX產(chǎn)品家族采用的PowerPCTM）,，還可以是一個軟核 （譬如SpartanTM設(shè)備中采用的MicroBlazeTM），甚至是PowerPC和MicroBlaze的結(jié)合體,。用戶可以將內(nèi)置硬以太網(wǎng)MAC（EMAC）連接至外部以太網(wǎng)物理層,，進而連接至以太網(wǎng),。另外,，用戶還可使用面向10/100-BaseT的Lite Ethernet MAC IP。

　　PowerPC/MicroBlaze 嵌入式處理器執(zhí)行以下任務(wù)：

　　·?? EPC數(shù)據(jù)處理

　　·?? 協(xié)議處理

　　·?? 詢問調(diào)度

　　·   TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)接口

　　·    控制和監(jiān)視

　　·    調(diào)制解調(diào)器控制

　　·?? 升級代理

　　·?? HTTP服務(wù)器

　　·   SNMP/MIB 處理

　　Xilinx千兆以太網(wǎng)系統(tǒng)參考設(shè)計（GSRD）是一個基于 EDK 的參考系統(tǒng),，能夠在基于TCP/IP的協(xié)議接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間搭起一座高性能的橋梁,。GSRD的組件具備滿足TCP/IP系統(tǒng)每比特和每包開銷要求的功能,。    
      Xilinx還針對Monta Vista Linux和 Treck堆棧提供了發(fā)射性能基準。采用 Xilinx Platform Studio （XPS）微處理器庫定義的Nucleus PLUS RTOS,，為采用MicroBlaze和PowerPC處理器的系統(tǒng)帶來了新的優(yōu)勢,。Nucleus PLUS RTOS尺寸很小，這意味著它能夠利用片上現(xiàn)有的存儲器,，從而最大限度降低功耗,，提高性能。此外,，廣泛的中間件使得Nucleus PLUS RTOS成為RFID后端網(wǎng)絡(luò)的理想選擇,。

　　利用XilinxCoolRunnerTM-II型CPLD，手持式射頻讀卡器可連接至硬盤驅(qū)動器,、QWERTY鍵盤,、可移動硬盤接口、各種顯示設(shè)備和其他計算機外設(shè)（如圖4所示）,。這些CPLD還能幫助應(yīng)用處理器,，并且滿足低功耗、高性能和更小芯片封裝等要求,。

　　結(jié)論

　　將來,，射頻讀卡器很可能具備前端 DSP功能，譬如射頻協(xié)議處理等,。如今,，這些功能在獨立式DSP中進行處理，將來,，它們很有可能被集成于FPGA,。嵌入式軟處理內(nèi)核已可顯著提升DMIPS/MHz性能，不久以后,，高版

本的處理內(nèi)核將取代控制讀卡器應(yīng)用程序的后端外部處理器,，從而借助可編程邏輯最大限度地提高射頻讀卡器設(shè)備的靈活性，同時最大限度降低其成本,。