符合我国标准的UHFRFID阅读器数字基带电路设计

摘要

近年来，物联网产业迅速发展，被称为继计算机，互联网之后的第三次信息产业浪潮。作为物联网技术的重要组成部分，RFID技术也得到了广泛关注和迅速发展。其中860-960MHz的超高频RFID技术因具有距离远、速度快、抗干扰能力强等优点，在仓储管理、物流跟踪、自动控制等领域都有应用潜力，具有广阔的市场前景，是目前RFID技术的研究重点。
　　为促进和规范国内RFID产业发展，我国在2013年9月推出《信息技术射频识别800/900MHz空中接口协议》。与国际上该领域的标准协议相比，国标在编码方式，指令定义等方面都具有自主知识产权。本文以将RFID阅读器单芯片化为目标，基于国家标准的空中接口协议，在综合国内外近年来UHFRFID阅读器技术现有的研究成果的基础上，通过对RFID阅读器系统的研究和分析，提出了阅读器系统设计的总体结构，并重点研究了数字基带系统设计与实现。最后将本文设计的UHF RFID阅读器数字基带在FPGA上实现和验证。
　　首先，详细分析了我国新发布的超高频空中接口协议标准，包括物理层的发射链路和接收链路，标签识别层，阅读器和标签通信的指令及通信过程，防碰撞机制等。在此基础上提出UHF RFID阅读器设计的整体结构，并重点研究数字基带系统组成，其功能模块包括发射链路、接收链路、SPI接口和协议处理单元。
　　随后对数字基带的关键模块的原理和设计方法进行分析，确定设计参数。对于其中的成型滤波电路设计，本文将 TPP编码和升余弦滤波相结合，同时完成上述功能，本文设计的成型滤波电路具有滤波器阶数，滚降系数等参数灵活可配置、电路开销小、延时短等优点。因标签反向散射信号最大有20％的频偏，为降低误码率，本文采用边沿检测型时钟同步方案实现码元同步。该方案性能满足要求，具有消耗资源少、同步速度快等优点。
　　完成阅读器数字基带系统各电路模块设计，包括发射链路的CRC校验、FIFO、编码和升余弦滤波、希尔伯特滤波、CIC升采样；接收链路的信道滤波、自动增幅控制、时钟同步和译码；SPI接口电路和协议处理单元。
　　本文设计的阅读器数字基带电路完成各个模块的功能仿真，采用Xilinx公司的FPGA芯片Virtex-5系列的XC5VLX110T实现，使用ISE完成电路综合，布局布线等。完成数字基带电路的FPGA平台验证和测试，达到了设计预期目标。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及发展现状

1.3 研究意义

1.4 论文主要内容和组织结构

第二章 系统分析与总体架构设计

2.1 RFID系统介绍

2.2 基于国标的RFID协议分析

2.3 RFID阅读器系统设计指标

2.4 RFID阅读器系统结构设计

2.5 本章小结

第三章 阅读器数字基带发射电路设计

3.1 数字发射链路总体分析

3.2 CRC校验电路

3.3 异步FIFO

3.4 编码与升余弦滤波电路

3.5 希尔伯特滤波器

3.6 CIC滤波器

3.7 数字基带发射电路功能仿真

3.8 本章小结

第四章 阅读器数字基带接收电路设计

4.1 接收链路总体分析

4.2 信道滤波

4.3 自动增益控制

4.4 时钟同步

4.5 FM0/Miller译码

4.6 阅读器协议处理和接口单元

4.7 数字基带接收电路功能仿真

4.8 本章小结

第五章 数字基带电路FPGA验证与测试

5.1UHF RFID阅读器系统设计

5.2 数字基带电路测试平台

5.3 数字基带电路FPGA验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介