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(hào)，即波束供電。因此工作距離、存儲(chǔ)容量等受到能量來源的限制。為了彌補(bǔ)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(jì)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(huì)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(fù)載阻抗來實(shí)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(hào)“1”和“0”的傳輸[3]。
2 電子標(biāo)簽的硬件電路設(shè)計(jì)
    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(jì)
    電子標(biāo)簽通過射頻開關(guān)改變天線的負(fù)載阻抗來實(shí)現(xiàn)反向散射調(diào)制。在不同負(fù)載阻抗下，天線的雷達(dá)截面RCS也不一樣。參考文獻(xiàn)[4]指出，匹配時(shí)的RCS0與失配時(shí)的RCS1之差的絕對(duì)值ΔRCS越大，反射的誤碼率越低。如式(1)：
    
可取得最大值。為了達(dá)到上述目的，將射頻開關(guān)的一端接匹配負(fù)載，另一端懸空。
2.2 射頻接收電路設(shè)計(jì)
    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(hào)首先經(jīng)過低噪放放大；然后進(jìn)入50 Ω微帶線產(chǎn)生兩路正交信號(hào)；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(hào)。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(jì)
    基帶程序主要包括接收模塊、主狀態(tài)機(jī)和發(fā)送模塊。
3.1 接收模塊設(shè)計(jì)
    如圖2所示，PIE解碼狀態(tài)機(jī)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(shí)，解碼狀態(tài)機(jī)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(shí)間是否滿足12.5 ?滋s±5%。
    (3)S_data0狀態(tài)：測(cè)量Tari的時(shí)間長(zhǎng)度。
    (4)S_rtcal狀態(tài)：判斷RTcal時(shí)間長(zhǎng)度是否滿足2.5Tari≤RTcal≤3.0Tari。
    (5)Trcal_or_work_h狀態(tài)：判斷TRcal時(shí)間長(zhǎng)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(shí)間。
    (7)S_work_l狀態(tài)：在信號(hào)上升沿判斷數(shù)據(jù)是0或1。

3.2 主狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)
    主狀態(tài)機(jī)實(shí)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(chǔ)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(jì)
    FM0編碼狀態(tài)機(jī)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(shí)輸出1010，M=4時(shí)輸出10101010，M=8時(shí)輸出1010101010101010。
    (5)S2狀態(tài)：M=2時(shí)輸出1001，M=4時(shí)輸出10100101，M=8時(shí)輸出1010101001010101。
    (6)S3狀態(tài)：M=2時(shí)輸出0110，M=4時(shí)輸出01011010，M=8時(shí)輸出0101010110101010。
    (7)S4狀態(tài)：M=2時(shí)輸出0101，M=4時(shí)輸出01010101，M=8時(shí)輸出0101010101010101。
4 UHF RFID電子標(biāo)簽測(cè)試結(jié)果
    標(biāo)簽實(shí)物如圖5所示。

    讀寫器讀取標(biāo)簽的EPC、TID、USER 3個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)后傳到上位機(jī)程序，所得的測(cè)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(jì)了一種符合EPC Gen2協(xié)議的有源電子標(biāo)簽。測(cè)試結(jié)果表明電子標(biāo)簽工作性能穩(wěn)定。板級(jí)電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)為標(biāo)簽的芯片設(shè)計(jì)提供了可靠的保證，降低了流片的風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)
[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．
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[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(dá)截面差值的標(biāo)簽通信誤碼率分析與測(cè)量[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010(31)：2815-2819.