射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術是一種新興的非接觸式自動識別技術,，在工業(yè)自動化,、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理,、防偽及軍事等眾多領域都有廣泛的應用前景,。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，以達到目標識別并交換數(shù)據(jù)的目的,，可用來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世紀全球自動識別技術發(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，EPCGlobal等幾種,。其中,，ISO18000-6C屬于超高頻射頻識別技術標準，它融合了EPCC1G2標準,。該標準的特點是速度快,，可以同時讀取的標簽數(shù)量多，理論上能讀到1000多個標簽,；功能強,，具有多種寫保護方式；安全性強,。
在我國,，由于射頻識別技術起步較晚，應用的領域不是很廣,，主要的應用是基于中低頻的應用,，包括車輛管理,、門禁管理等。目前,，超高頻射頻識別技術及其應用在我國正處于初級發(fā)展階段,，國內(nèi)目前還沒有成熟的超高頻電子標簽芯片設計技術。
在此,，首先介紹電子標簽的工作原理及ISO18000-6C標準,，并根據(jù)ISO18000-6C標準，設計了實現(xiàn)超高頻電子標簽驗證平臺的整體電路,。重點討論基于EP1C6Q240FPGA的數(shù)字基帶部分設計與實現(xiàn),。最后給出了該平臺的測試結(jié)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(tǒng)通常由讀寫器（Reader）和射頻標簽（RFIDTag）構(gòu)成。附著在待識別物體上的射頻標簽內(nèi)存有約定格式的電子數(shù)據(jù),，作為待識別物品的標識性信息,。讀寫器可無接觸地讀出標簽中所存的電子數(shù)據(jù)或者將信息寫入標簽，從而實現(xiàn)對各類物體的自動識別和管理,。讀寫器與射頻標簽按照約定的通信協(xié)議采用先進的射頻技術互相通信,，其基本通信過程如下。
?。?）讀寫器作用范圍內(nèi)的標簽接收讀寫器發(fā)送的載波能量,，上電復位；（2）標簽接收讀寫器發(fā)送的命令并進行操作,；（3）讀寫器發(fā)出選擇和盤存命令對標簽進行識別,，選定單個標簽進行通信，其余標簽暫時處于休眠狀態(tài),；（4）被識別的標簽執(zhí)行讀寫器發(fā)送的訪問命令,，并通過反向散射調(diào)制方式向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，進入睡眠狀態(tài),，此后不再對讀寫器應答,；（5）讀寫器對余下標簽繼續(xù)搜索，重復（3）,，（4）分別喚醒單個標簽進行讀取,。直至識別出所有標簽。
標簽向讀寫器傳送數(shù)據(jù)是通過反向散射調(diào)制技術,，對于無源電子標簽,，其本身沒有足夠的發(fā)射能量，所以通過改變天線的匹配阻抗控制天線的反射強弱,，阻抗不匹配時天線反射率很大,，阻抗匹配時天線反射率很小,，以此來表示輸出信號的有無。
2 ISO18000-6C標準
ISO18000-6C標準為：
工作頻率標簽應能夠在 860～960MHz的頻率范圍內(nèi)接收從讀寫器發(fā)出的功率并能夠與讀寫器通信,。
調(diào)制讀寫器應采用DSB- ASK,，SSB-ASK或PR-ASK調(diào)制方式進行通信。標簽應該能夠解調(diào)上述3種類型的調(diào)制,。標簽反向散射應采用ASK或PSK調(diào)制,。標簽商選擇調(diào)制形式。讀寫器能夠解調(diào)上述2種調(diào)制,。
數(shù)據(jù)編碼讀寫器到標簽的鏈路應采用 PIE編碼,，標簽將反射散射的數(shù)據(jù)編為該數(shù)據(jù)速率的副載波FMO基帶或Miller調(diào)制。讀寫器發(fā)出編碼選擇的命令,。
數(shù)據(jù)速率讀寫器到標簽的數(shù)據(jù)速率根據(jù)Tari值進行選擇,，數(shù)據(jù)速率可以從40～640Kb/s。
3 RFID板級標簽驗證平臺的總體設計與實現(xiàn)
板級標簽主要由模擬射頻和數(shù)字處理2部分組成,。圖1為板級電子標簽驗證平臺的結(jié)構(gòu)框圖,。
模擬射頻部分采用分立元件實現(xiàn)，完成射頻信號的接收,，來自RFID讀寫器的信號通過天線和阻抗匹配網(wǎng)絡,，經(jīng)過915MHz的聲表面濾波器濾波，進行包絡檢波后,，通過一個運放構(gòu)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(shù)字部分由EP1C6Q240FPGA實現(xiàn),，完成ISO18000-6C協(xié)議處理,，EP1C6Q240FPGA接收來自前端的TTL電平，完成PIE解碼,、CRC校驗,、命令解析、狀態(tài)轉(zhuǎn)移,、數(shù)據(jù)存儲,、FMO編碼等功能。FMO編碼通過反相散射調(diào)制輸出,，改變天線的反射阻抗實現(xiàn),。
數(shù)字基帶部分的設計在Altera 公司的EP1C6Q240FPGA上實現(xiàn)。經(jīng)過對協(xié)議內(nèi)容的深入研究,，實現(xiàn)標簽數(shù)字部分采用Top-down的設計方法,，首先對電路功能進行詳細描述，按照功能對整個系統(tǒng)進行模塊劃分,；再用Vexilog硬件描述語言進行RTL代碼設計,。數(shù)字基帶結(jié)構(gòu)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,、編碼模塊和時鐘分頻模塊。譯碼模塊接收模擬部分解調(diào)出的命令信號,，根據(jù)協(xié)議中規(guī)定的命令格式將信號譯碼成標簽數(shù)字部分可識別的二進制數(shù)據(jù),，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(zhí)行相應操作,，如讀寫存儲器,、防沖突控制等。處理完成后,，則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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)送給模擬部分進行處理后,，再采用射頻技術發(fā)送給讀寫器。
4 測試結(jié)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,、布局布線與實現(xiàn),、時序分析、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)過總體設計,、PCB板設計與實現(xiàn)、代碼設計,、仿真與下載,，以及系統(tǒng)調(diào)試后，能夠與支持ISO18000-6C標準的讀寫器（Cetc7RlidReaderV1.O）進行通信,，快速準確地收發(fā)信息,，并實現(xiàn)防沖突功能,。圖3顯示板級標簽能夠解碼來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(wěn)定。測試表明,，板級標簽能夠?qū)崿F(xiàn)ISO18000-6C標準中的讀寫功能,，標簽工作性能穩(wěn)定，可靠性都能達到預期的效果,。
5 結(jié)語
根據(jù)ISO18000-6C標準,，采用EP1C6Q240FPGA以及模擬射頻分立元件，經(jīng)過總體設計,、PCB板設計與實現(xiàn),、代碼設計、仿真與下載,，以及系統(tǒng)調(diào)試后,，完成了基于FPGA的板級標簽的軟、硬件設計與實現(xiàn),。該系統(tǒng)通過測試,，已能夠正常工作，讀寫性能優(yōu)異,，并實現(xiàn)了防沖突功能,。在此基礎上可以進一步提高其安全性和可靠性，所設計的標簽數(shù)字電路RTL代碼能夠直接應用到標簽芯片開發(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,。