基于FPGA的超高频读写器设计

　　0 引言

　　射频识别(RFID)是一种非接触的自动识别技术，它利用天线来传输射频信号，利用空间耦合实现非接触供电，并进行非接触双向数据通信，而达到自动识别目标并交换数据的目的。与传统的条形码识别方式相比，射频识别技术能对移动的多个目标进行识别，而且还具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、数据加密等优点。因而RHD技术广泛应用于交通运输、物流管理、门禁系统等众多领域。相对而言，UHF频段的发展远没有低频和高频段成熟，而UHF频段的读写距离远和更快的读取速度让其在国际物流、公路自动收费等领域有着独特的优势，目前已成为RFID技术应用的一个主流发展方向。

　　1 读写器的整体结构

　　本文提出的基于物流管理的读写器工作在UHF91 5MHz频率下。FPGA是大规模可编程器件中的另一大类PLD(programmable logic device)器件，既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性等优点，又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，逐步成为复杂数字硬件电路设计的首选。奥地利微电子公司的AS3990射频收发器产品适用于UHF频段，针对便携、固定、近距或远距应用进行了个性优化，多种产品可采用同一种软件接口。它是一款高度集成的UHF读写器芯片，包括AFE、数据帧、编码/解码，支持MCU和电源管理，支持密集读写模式，天线驱动用OOK、ASIC或PR-ASK调制，创新化的双输入接收器可以消除通信盲区。该芯片是64引脚QFN封装，并支持目前业界最低功耗BOM(Bill of Material，物料清单)的解决方案，所以是讲究功耗成本的应用首选。AS3990继承了EPC Classl Gen2(ISO 18000-6C)协议引擎，其高速的数据处理能力可以完成发送和接收数据帧的处理，而且在Direct Data Mode模式下还可以实现ISO 18000-6A和ISO 18000-6B协议。为了减轻处理器的工作负担并保证稳定的数据流以及正确的协议处理，AS3990采用了一个12字节的FIFO寄存器来管理数据帧。内置的可编程选项可以使它适合于UHF频段里的所有应用，还可以直接进入其内置控制寄存器对各种读写器参数进行微调。

　　读写器RF前端采用零中频接收结构。由频率合成器产生所需要的RF信号，然后经过功率分配器得到两路载波信号，分别用于发送通路和接收通路。发送通路采用OOK调制，基带信号通过开关通断控制载波是否经过功放，并用天线发送;接收通路中接收信号先经过功率分配、放大等操作，然后分别送到混频器和两路正交的载波信号进行混频，对混频之后的信号经过滤波、放大等操作恢复出数字基带信号。该系统之所以采用两路正交混频结构，主要是为了避免射频场中存在接收盲点。如果只采用一路接收信号，当接收信号的相位和本振信号的相位相差90°，混频后的信号始终为0，即有用信号没有解调出来。但采用正交I和Q两路接收信号，无论相位延时多少，I和Q中总有一路能解调出有用信号。