一種基于FPGA的無線射頻讀卡器開發與設計

引言

現在我們在超市購物付款時候只要一個識別器就可以很快知道價格，不再是以前的一個算盤或者計算器，加快了付款速度，很好地方便了顧客。無線射頻識別（RFID）技術是一種自動識別技術。每一個目標對象在射頻讀卡器中對應唯一的電子識別碼（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（應答器）從電子標簽上讀取識別碼。

基本的RFID系統由三部分組成：天線或線圈、帶RFID解碼器的收發器和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頻率及其潛在的應用領域。其中，目前商業上應用最廣的是超高頻（UHF），它在供應鏈管理中有可能得到廣泛的應用。

EPC電子標簽

EPC表示電子產品代碼，是RFID電子標簽的標準，它包括電子標簽的數據內容和無線通信協議。EPC標準將條形碼規范中的數據信息標準與ANSI或其他標準化組織（802.11b）制定的無線數據通信標準結合在一起。目前應用在供應鏈管理中的EPC標準，屬于第二代EPC Class-1標準。

Class-1標簽在出廠時已經被寫入，但也是可以現場下載。通常情況下，一旦標簽已被寫入，內存即被鎖定不可再次寫入信息。Class-1標簽采用常規的分組傳輸協議—讀卡器發送包含相關命令和數據的數據包，標簽隨后做出響應。

惡劣的讀卡器應用環境

RFID的應用環境可能非常惡劣。信道的工作頻率是免許可的工業、科技與醫藥（ISM）頻帶。此頻帶中的RFID讀卡器受到來自無繩電話、無線耳麥、無線數據網絡以及其他臨近讀卡器的干擾。必須將每一讀卡器的RF接收器前端設計為能夠抵御強干擾信號，避免產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范圍，從而以無錯方式檢測出低電平標簽響應信號。

圖1中所示的讀卡器RF射頻收發器，是一個成熟的設計，能夠在存在大量干擾源的惡劣環境中穩定地工作。發射器和接收器都帶有一個高動態范圍直接轉換調制器和解調器，因此最大限度地提高了穩定性并降低了成本。

實用和可靠的射頻接收器設計

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換正交解調器，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器輸入端口。由于LT5516的噪聲系數很低，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。