基于ZYNQ的RFID测试板卡设计验证

摘要

本论文对RFID系统测试方案进行了研究，设计了基于ZYNQ的RFID测试板卡，该板卡基于虚拟仪器的概念，使用软件无线电的方法，能够代替通用仪器仪表，对RFID系统实现自动测量。该板卡硬件主要包含以ZYNQ为核心的高速数字模块、模拟收发链路和天线系统，软件包含FPGA的VHDL架构和ARMCortex-A9的软件算法。论文中硬件部分细致叙述了系统框架、ZYNQ数字部分、电源域、时钟域、DAC、IQ正交调制、PA、LNA、IQ正交解调和ADC的完整设计，天线部分讨论了匹配网络选择问题，结合HFSS仿真给出了智能高频天线和超高频天线设计。软件部分则介绍了ZYNQ平台的VHDL硬件程序，介绍了发送部分和接收部分的基本结构，介绍了通用解码算法流程。该测试板卡能够对标签和读写器进行测试，其内置高速FPGA，完成基带信号产生和调制，经过上变频和功放模块后由天线发送，被测标签的应答信号又能被板卡的接收通道接收，在FPGA中完成实时解调和分析;测试板卡专有的天线结构又可以模拟为一个标准卡片，用以与被测读写器交互，监听读写器的信号进而完成对读写器的测试。板卡自带DDR3内存和PCI接口，配合X86架构主机实现高速测试数据采集、存储与传输，测量结果包括基于信号分析的数据，如载波频率容限、占用带宽、杂散发射等，也包括依赖于实时交互的协议一致性测试和性能测试结果，如场强阈值、响应时间、读写速率、读写距离等，最终主机将测试结果在Windows平台以图表、波形、数据列表等方式显示。

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摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．1．1 RFID技术概述

1．1．2 RFID技术现状

1．1．3 RFID测试需求

1．2 论文课题来源及意义

1．3 本文内容及安排

第2章 RFID测试系统

2．1 RFID技术分类及标准

2．2 RFID测试概述

2．3 本文测试系统结构

第3章 RFID测试板卡设计

3．1 选择设计方案

3．1．1 专用芯片方案

3．1．2 ARM核心设计方案

3．1．3 FPGA核心设计方案

3．1．4 ZYNQ软件无线电方案

3．1．5 总结并选定方案

3．2 板卡电路框架

3．3 ZYNQ数字部分设计

3．4 电源域设计

3．5 模拟收发通道

3．5．1 时钟域设计

3．5．2 数模转换及正交调制

3．5．3 功率放大器设计

3．5．4 程控衰减及LNA设计

3．5．5 正交解调及数字化

第4章 RFID测试天线设计

4．1 本章概述

4．2 匹配网络分析

4．3 高频天线

4．3．1 高频天线模型

4．3．2 高频天线控制系统

4．3．3 高频天线模拟系统

4．4 超高频天线

4．4．1 超高频天线介绍

4．4．2 超高频天线设计

第5章 ZYNQ平台程序设计验证

5．1 ZYNQ平台体系结构

5．2 VHDL硬件程序设计验证

5．2．1 VHDL程序结构

5．2．2 FPGA收发部分

5．3 FPGA嵌入式软件设计验证

第6章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研成果及参与项目