1 前言

    當前國內對RFID標簽的研究都集中在頻率為125KHz、134KHz 的低頻和13.56MHz 的高頻頻段, 在860～960MHz 的UHF 段和2.45GHz 以上的微波頻段研究相對較少。然而后者由于具有操作距離遠、通信速度快、尺寸小等優點, 未來的應用將更廣泛。本文介紹了一種符合ISO18 000- 6B 標準的超高頻( 中心頻率為915MHz) 標簽的工作原理、主要特性、系統結構,并給出了其射頻模擬前端關鍵部分電路的設計與仿真。

    2 工作原理及其特性

    2.1 工作原理

    RFID 系統一般包括閱讀器、標簽( 或稱射頻卡) 兩部分。當標簽收到閱讀器主動發出的射頻信號時, 標簽被喚醒,一方面通過射頻耦合的方式獲取能量, 另一方面將收到的信號進行解調, 從載波中還原出數字信號, 然后根據其中包含的指令完成相應的操作, 并將應答信息通過反向散射回送給閱讀器。當同時有多個標簽出現在閱讀器的射頻場時, 閱讀器通過啟動防沖突算法, 逐個識別標簽。

    根據供電方式的不同, 標簽可分為有源標簽和無源標簽兩種, 都由標簽芯片和天線組成。本文介紹的是一種無源超高頻電子標簽, 本身無電源, 靠從閱讀器的射頻場獲取能量。每個標簽都含有唯一的識別碼, 用來標識標簽所附著物體的信息。

    2.2 物理接口

    標簽和閱讀器之間基于“閱讀器先發言”的傳輸機制, 采用半雙工的通信方式。射頻接口采用ASK 載波調制, 調制深度為11%或99%( 本文設計的標簽取99%) , 占用頻道帶寬為200KHz。前向鏈路采用Manchester 編碼, 反向鏈路采用FM0編碼, 反向散射[3]。

    2.3 標簽的應答格式

    標簽收到閱讀器的命令后, 進行處理并應答, 應答格式如下:

    靜默是標簽持續2 字節的反向散射; 返回幀頭是一個16位數據“00 00 01 01 01 01 01 01 01 01 00 01 10 11 00 01”; 數據通常包含一個64 位的UID 號、8 位的標志段以及用戶信息;CRC 采用16 位數據編碼[3]。

    3 標簽整體系統結構

    標簽由天線、射頻模擬前端、控制部分組成。

    圖1 顯示出了標簽的系統結構框圖。天線用于發射和接收電磁波; 射頻模擬前端主要是由包絡檢波電路、ASK 調制電路、穩壓電路、時鐘產生電路、偏置電路以及上電復位電路組成, 用于獲取能量并調制解調信號; 控制部分含控制邏輯、微處理器( CPU) , 用于控制相關協議、指令及處理功能; EEPROM存儲器用于存儲標簽的系統信息和數據, 存儲時間可以長達幾十年, 并且在沒有供電的情況下, 其數據信息不會丟失。

圖1 標簽射頻模擬前端系統級設計與仿真

    4 標簽射頻模擬前端系統級設計與仿真

    超高頻915MHz 電子標簽沒有內部電源供電, 所需能量由天線耦合高頻信號, 經過模擬前端整流穩壓產生。模擬前端的另外一個功能是產生啟動數字電路工作的上電復位信號。同時, 模擬前端還將對接收的信息進行解調和對發送信息的調制。所以模擬前端是射頻識別系統中的重要組成部分, 是射頻識別技術區別與其他自動識別技術的根本標志。

    4.1 標簽射頻模擬前端的Simulink 功能框架設計

    Matlab 中的Simulink 是一種系統級的仿真工具[4], 將系統中各部分電路的功能對應建立其相應的模塊, 先對每個模塊單獨仿真, 在達到預期效果之后, 再進行整體仿真。

    圖2 為用Simulink 仿真工具搭建的標簽模擬前端功能框圖。

圖2 射頻模擬前端的Simulink 仿真框圖

    4.2 標簽射頻模擬前端的系統級仿真結果

12