UHF频段RFID阅读器数字基带关键模块设计

摘要

物联网技术被誉为当前新一轮经济与科技发展的战略制高点之一，正在成为新兴产业的重要组成部分。作为物联网中信息感知技术的核心，射频识别(RFID)技术正得到越来越广泛的关注。超高频射频识别系统(UHF RFID)相较于低频系统有着识别距离远、读写速度快等优势，近年来在交通、智能农业等领域得到大范围应用。为降低成本及功耗，超高频RFID阅读器小型化研究正逐步展开。
　　 本文以超高频与微波RFID阅读器射频芯片研发设计项目为依托，在深入研究ISO/IEC18000-6C协议的基础上，提出了阅读器数字基带系统框架结构，对其关键模块进行电路设计及FPGA验证。
　　 本文首先介绍射频识别技术电磁学原理，并对ISO/IEC18000-6C标准进行分析。在对协议分析的基础上，将阅读器数字基带系统分为发送链路模块、接收链路模块以及链路控制模块三个部分，并对发送链路及接收链路中的数据编码方式及滤波器设计进行Simulink建模仿真，以此确定系统架构的可行性。在对链路编码分析的基础上实现多速率PIE编码及FM(0)/Miller解码功能，在整形滤波器设计中采用乘累加结构形式，并通过移位累加、CSD编码等优化措施，减少了资源使用率。为降低返回信号由于噪声导致判决后位宽不一致对解码模块的影响，采用串并转换模块实现对符号位宽的自动调整。控制链路模块采用有限状态机实现并依据DigRF接口标准实现芯片与外部的通信。使用ModelSim SE6.5及Altera公司的EP2C8Q208C8N对关键模块进行仿真及测试，结果表明该数字基带符合ISO/IEC18000-6C标准要求，本设计为实现单芯片UHF RFID阅读器提供了设计参考。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 射频识别技术简介及研究现状

1．2．1 RFID技术简介

1．2．2 国内外发展现状

1．3 研究意义

1．4 论文内容安排

第2章 射频识别技术基础及标准分析

2．1 射频识别系统技术

2．1．1 射频识别技术电磁学原理

2．1．2 射频识别系统基本结构

2．2 ISO／IEC 18000-6C标准分析

2．2．1 物理层通信特性

2．2．2 标签存储格式

2．2．3 操作指令集

2．2．4 标签的状态简述

2．3 本章小结

第3章 数字基带关键电路分析及建模仿真

3．1 关键模块分析

3．1．1 发送模块分析

3．1．2 接收模块分析

3．1．3 链路控制分析

3．2 链路建模仿真

3．2．1 设计仿真环境

3．2．2 前向链路仿真

3．2．3 反向链路仿真

3．3 本章小结

第4章 数字基带关键电路具体实现

4．1 发送模块

4．1．1 参数设定

4．1．2 CRC校验模块

4．1．3 PIE编码模块

4．1．4 升余弦滤波器设计

4．1．5 希尔伯特滤波器设计

4．2 接收模块

4．2．1 串并转换模块设计

4．2．2 FM0／Miller解码模块设计

4．3 控制模块

4．3．1 控制及状态寄存器

4．3．2 链路控制状态机

4．3．3 链路定时器

4．4 串行通讯控制单元设计

4．4．1 射频收发器架构

4．4．2 可编程配置模块设计

4．5 本章小结

第5章 数字基带关键模块的仿真与FPGA验证

5．1 FPGA简介

5．1．1 FPGA设计流程

5．1．2 FPGA测试板及SignalTapⅡ介绍

5．2 发送链路验证

5．2．1 PIE编码模块仿真与验证

5．2．2 滤波器设计仿真

5．2．3 CRC编码模块仿真与验证

5．3 接收链路验证

5．3．1 串并转换模块仿真与验证

5．3．2 FM0／Miller解码器仿真与验证

5．4 控制链路验证

5．5 串行通讯模块测试结果

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 阅读器数字基带顶层RTL结构