目前，我们在超市购物付款时，只需一个标识符就可以快速知道价格，而不是以前的算盘或计算器，加快了付款速度，是顾客的好去处。射频识别(RFID)技术是一种自动识别技术。每个目标对象对应于射频卡阅读器中唯一的电子识别码(UID)或“电子标签”。标签贴在物体上以识别目标物体，如纸箱、货盘或包装箱。RFID阅读器(应答器)从电子标签中读取识别码。
基本的RFID系统由三部分组成:天线或线圈、带有RFID解码器的收发器和RFID电子标签(每个标签都有唯一的电子识别码)。表1显示了四种常用的RFID频率及其潜在的应用领域。其中，超高频是目前商业上应用最广泛的，在供应链管理上也有可能广泛应用。
EPC电子标签
EPC代表电子产品代码，是RFID电子标签的标准。它包括电子标签的数据内容和无线通信协议。EPC标准将条形码规范中的数据信息标准与ANSI或其他标准化组织制定的无线数据通信标准(802.11b)相结合。目前供应链管理中使用的EPC标准属于第二代EPC Class-1标准。
一级标签已经在工厂写好了，但是也可以现场下载。通常，一旦标签被写入，存储器被锁定，并且没有信息可以被再次写入。Class-1标签采用常规的数据包传输协议——读卡器发送包含相关命令和数据的数据包，然后标签做出响应。
读卡器应用环境不良
RFID的应用环境可能非常恶劣。该信道的工作频率是免执照的工业、科学和制药(ISM)频带。该频段的RFID阅读器会受到无绳电话、无线耳机、无线数据网络和其他附近阅读器的干扰。每个读卡器的RF接收器前端必须设计为能够抵抗强干扰信号，并避免可能导致查询错误的失真。接收器的噪声必须保持在低水平，以便具有足够的动态范围来以无误差的方式检测低水平标签响应信号。
图1所示的读写器射频收发机是一种成熟的设计，可以在有大量干扰源的恶劣环境下稳定工作。并且发射机和接收机都配备有高动态范围直接转换调制器和解调器，从而最大化稳定性并降低成本。
以及实用和可靠的RF接收器设计。
接收机的核心是Linear公司的LT5516，它是一种高度集成的直接变频正交解调器。芯片上提供一个精确的正交移相器(0-90度)。通过射频滤波器后，来自天线的信号通过不平衡变压器直接输入到解调器输入端口。由于LT5516的噪声系数非常低，所以在没有低噪声放大器(LNA)的情况下，它仍然可以保持其21.5dBm IIP3和9.7dB P1dB的性能。
当接收数据时，读卡器发射连续的载波(未调制)为标签供电。接收到请求后，电子标签通过对载波进行幅度调制来响应码流。采用的调制模式是幅移键控(ASK)或反幅移键控(PR-ASK)。该解调器有两个正交的相移检测输出端口，因此具有天然的分集接收功能。如果一个通道由于多径或相位抵消而无法接收信号，则另一个通道(相移90度)可以接收到更强的信号，反之亦然。这样，提高了整体接收可靠性。
解调完成后，I(同相)和Q(正交相位)差分输出信号可以交流耦合至运算放大器(配置为差分放大器)，然后转换为单端输出信号。此时高通角频率应设置为5KHz，低于接收数据流的最小信号频率，高于最大多普勒频率(运动标签可能会采用)，同时保持高于电力线频率(60Hz)。这样，通过使用配置为四阶低通的LT1568，输出信号可以平滑地通过低通滤波器。低通角频率应设置为5MHz，这样最大的码流信号可以通过滤波器到达基带。
然后，基带信号由双通道低功耗模数转换器(LTC2291，分辨率12位)数字化。由于标签码流的带宽为5KHz到5MHz，所以LTC2291可以以25MSps的速率完全采样，从而准确捕获解调后的信号。必要时，可以在基带DSP中实现额外的数字滤波。这样，接收机在设置逻辑阈值时可以有最大的灵活性，这可以由基带处理器以数字方式执行。
基带任务和数字RF信道化处理可以提高所有FPGA解决方案的吸引力和集成度。
高动态范围射频发射机的设计
发射机集成了镜像抑制直接变频调制器。LT5568具有高线性度和低背景噪声，因此可以为传输信号提供出色的动态范围性能。该调制器可以从数模转换器(DAC)接收正交基带I和Q信号，然后将它们直接调制到900MHz传输频率。
在内部，LO(本地振荡器)由精密正交移相器分频。调制后的RF信号合并成一个单端、单边带RF输出信号(镜像被46dBc抑制)。此外，调制器配有匹配的I和Q混频器，以便最大限度地抑制LO载波信号(to -43dBm)。
复合调制电路具有优良的邻信道功率比(ACPR)，有助于满足传输频率屏蔽的要求。例如，当调制器的RF输出电平为-8dBm时，ACPR指数优于-60dBc。凭借更好的ACPR性能，信号可以放大到1w(在美国为+30dBm)的允许功率，或者放大到2w以满足欧盟规范。在上述两种情况下，保持电平固定是很重要的，因为电平是用来给电子标签供电，使读取距离最大化的。LTC5505射频功率检测器的内部温度补偿功能可以精确测量功率，并提供稳定的反馈信号来调整射频功率放大器的输出功率。
基带处理和网络接口
在基带频率下，FPGA执行发送到DAC和来自模数转换器(ADC)的波形的信道化任务。这一过程也称为数字中频处理，涉及滤波、增益控制、频率转换、采样速率变化等。FPGA甚至可以并行处理多个通道。
图2示出了RF读卡器的体系结构。其他基带处理任务包括:
导频场检测
分类估计
以及调制和解调(ASK、频移键控和相移键控)
信号生成
相关器处理
峰值检测和阈值设置
CRC纠错和校验和
编码和解码(NRZ、曼彻斯特、单极性、差分双极性和米勒)
帧检测
ID解扰
安全加密引擎
接收到的RFID标签数据可以通过串口或网络接口传输到企业系统服务器。这种传统的体系结构正逐渐演变成高级分布式TCP/IP网络的一部分。在这个网络中，射频卡阅读器将负责管理相邻的标签。在这种情况下，射频卡阅读器就像电子标签和连接到企业软件系统的智能分布式数据库之间的网关。
根据硬件/软件功能划分的不同，这些基带任务可以在FPGA、DSP或两者上完成。XIX公司推出了IP内核套件，包括FIR、CIC、DDS、DUC、DDC、比特相关器、正弦/余弦LUT等。这些逻辑电路非常适合执行加密引擎的任务(加密引擎采用移位寄存器和异或)。对于Xilinx？VirtexTM-4系列DSP48引擎非常适合其他信号处理任务。
基带处理器负责控制各种基带处理任务的功能和调度，还负责链路层协议。这些基带处理任务包括跳频、发送前监听、防碰撞算法处理等等。基带处理器还提供以太网、USB和固件等接口。
基带任务和数字RF信道化处理可以提高所有FPGA解决方案的吸引力和集成度。FGPA功能、DSP功能和基带处理功能都可以集成到具有嵌入式处理器的FPGA中。
图3示出了基于FPGA的RFID处理器的架构。嵌入式处理器可以是硬核(例如Virtex-4 FX产品系列中使用的PowerPCTM)、软核(例如SpartanTM设备中使用的MicroBlazeTM)，甚至是PowerPC和MicroBlaze的组合。用户可以将内置的硬以太网MAC(EMAC)连接到外部以太网物理层，然后连接到以太网。此外，用户还可以使用Lite以太网MAC IP进行10/100-BaseT。
PowerPC/MicroBlaze嵌入式处理器执行以下任务:
EPC数据处理
协议处理
查询调度
TCP/IP网络接口
控制和监测
调制解调器控制
升级代理
HTTP服务器
SNMP/MIB处理
XIX千兆以太网系统参考设计(GSRD)是一个基于EDK的参考系统，可以在基于TCP/IP的协议接口和用户数据接口之间搭建一座高性能的桥梁。GSRD的组件具有满足TCP/IP系统的每比特和每分组成本要求的功能。
Xilinx还为蒙他Vista Linux和Treck堆栈提供排放性能基准。由Xilinx Platform Studio (XPS)微处理器库定义的Nucleus PLUS RTOS为采用MicroBlaze和PowerPC处理器的系统带来了新的优势。Nucleus PLUS RTOS的尺寸非常小，这意味着它可以利用芯片上的现有内存，从而最大限度地降低功耗并提高性能。此外，广泛的中间件使Nucleus PLUS RTOS成为RFID后端网络的理想选择。
使用XilinxCoolRunnerTM-II CPLD，手持射频卡读卡器可以连接到硬盘驱动器、QWERTY键盘、可移动硬盘接口、各种显示设备和其他计算机外围设备(如图4所示)。这些CPLD还可以帮助应用处理器，满足低功耗、高性能和更小芯片封装的要求。
结论
在未来，射频卡读卡器很可能具有前端DSP功能，如射频协议处理。现在这些功能都是在独立的DSP中处理的，未来很有可能集成在FPGA中。嵌入式软处理内核可以显著提高DMIPS/MHz性能。在不久的将来，更高版本的处理内核将取代控制读卡器应用的后端外部处理器，以便在可编程逻辑的帮助下，最大限度地提高射频卡读卡器设备的灵活性，并最小化其成本。
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