無源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證平臺設計

根據式（2）可以推算出天線線圈的等效電感，再根據式（1）可以計算出并聯電容的理論值。

為了補償電路板加工偏差以及電路中其他參數的不確定因素，消除線圈計算值與加工后實際值之間的誤差，線圈匝數預留3.5、4.5圈可選的跳線。調試時根據實際測量結果，確定并聯電容的容值和線圈的具體匝數。

2.4.2天線調試

驗證平臺電路板加工、焊接完成后，使用阻抗分析儀測量天線的實際電感值，本次測到的天線線圈的電感值近似為2.9 nH；根據式（1）重新計算并聯電容的值為47.55 nF，校正理論計算與加工后實際值之間的偏差。

并聯電容值確定后，使用矢量網絡分析儀測量天線的諧振頻率。根據諧振頻率的偏移情況，逐步增加或者減少線圈匝數，直到達到指定的諧振頻率13.56 MHz.

根據矢量網絡分析儀的測量結果顯示，本次天線能成功諧振在13.56 MHz，此時線圈匝數為4，并聯電容大小為47 nF.圖6、圖7為矢量網絡分析儀測量的諧振圖。


圖6 幅頻特性圖

圖7 特性阻抗圖

3測試結果

FPGA原型驗證平臺經過器件選型、硬件設計、數字邏輯單元的移植實現以及系統調試后，能夠與支持ISO/IEC15693協議的閱讀器進行穩定通信。圖8顯示了閱讀器下發查詢（Inventory）命令時空間場波形信息；圖9顯示了閱讀器下發查詢（Inventory）命令時，標簽收到的時鐘信號（clk）、解調信號（demo_data）以及標簽返回的調制信號（modu_data）波形。


圖8 命令空間場波形圖


圖9 標簽介紹命令、返回數據波形圖

本文結合RFID芯片的設計特點，描述了一種FPGA原型驗證平臺的設計，支撐無源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證。經測試表明，該驗證平臺能夠實現ISO/IEC15693協議中的通信功能，能與多款閱讀器進行穩定的通信，讀寫性能優異，穩定性、可靠性都能達到預期的效果，滿足標簽芯片FPGA原型驗證的需求。

本文設計的FPGA原型驗證平臺還可以作為電子標簽芯片的原型設計提供給客戶試用，提前進行軟件開發；還可以提前進行第三方的認證工作。另外，該驗證平臺對于符合其他協議標準的RFID芯片的驗證平臺的設計也有很好的參考價值。