目前符合EPC Gen2[1]協(xié)議的電子標簽基本都是無源標簽，工作所需能量來自讀寫器發(fā)送的射頻信號,，即波束供電,。因此工作距離、存儲容量等受到能量來源的限制,。為了彌補無源標簽的不足,，本次研究提出了有源RFID電子標簽的設(shè)計方案。

1 UHF RFID電子標簽工作原理
    讀寫器在發(fā)送完控制命令后,，會一直發(fā)送空載波CW,，標簽通過反向散射調(diào)制的方式將回傳的信息調(diào)制到CW上。該方式通過改變標簽天線的負載阻抗來實現(xiàn)[2],。通常,，一種阻抗處于失配狀態(tài)，另一種阻抗處于匹配狀態(tài)，通過基帶電路控制“阻抗開關(guān)”來完成信號“1”和“0”的傳輸[3],。
2 電子標簽的硬件電路設(shè)計
    電子標簽包含射頻反射電路,、射頻接收電路和基帶控制電路，如圖1所示,。

2.1 射頻反射電路設(shè)計
    電子標簽通過射頻開關(guān)改變天線的負載阻抗來實現(xiàn)反向散射調(diào)制,。在不同負載阻抗下，天線的雷達截面RCS也不一樣,。參考文獻[4]指出,，匹配時的RCS0與失配時的RCS1之差的絕對值ΔRCS越大，反射的誤碼率越低,。如式(1)：
    
可取得最大值,。為了達到上述目的，將射頻開關(guān)的一端接匹配負載,，另一端懸空,。
2.2 射頻接收電路設(shè)計
    射頻接收電路由低噪放微帶線移相電路、包絡(luò)檢波電路,、低通濾波電路,、差分放大器和電壓比較器構(gòu)成。信號首先經(jīng)過低噪放放大,；然后進入50 Ω微帶線產(chǎn)生兩路正交信號,；接著由包絡(luò)檢波并通過低通濾波器將高頻成分濾除即可得到兩路基帶信號。經(jīng)過差分放大器和電壓比較器后可得到PIE編碼波形,。
3 UHF RFID電子標簽基帶程序設(shè)計
    基帶程序主要包括接收模塊,、主狀態(tài)機和發(fā)送模塊。
3.1 接收模塊設(shè)計
    如圖2所示,，PIE解碼狀態(tài)機定義了如下7種狀態(tài)：
    (1)S_idle狀態(tài)：解碼開始或結(jié)束時,，解碼狀態(tài)機處于S_idle狀態(tài)。
    (2)S_delim狀態(tài)：判斷delim(間隔符)低電平持續(xù)時間是否滿足12.5 ?滋s±5%,。
    (3)S_data0狀態(tài)：測量Tari的時間長度,。
    (4)S_rtcal狀態(tài)：判斷RTcal時間長度是否滿足2.5Tari≤RTcal≤3.0Tari。
    (5)Trcal_or_work_h狀態(tài)：判斷TRcal時間長度是否滿足1.1RTcal≤TRcal≤3.0RTcal,。
    (6)S_work_h狀態(tài)：記錄高電平持續(xù)時間。
    (7)S_work_l狀態(tài)：在信號上升沿判斷數(shù)據(jù)是0或1,。

3.2 主狀態(tài)機設(shè)計
    主狀態(tài)機實現(xiàn)EPC Gen2協(xié)議規(guī)定的7種狀態(tài)：Ready,、Arbitrate、Reply,、Acknowledged,、Open、Secured與Kill。根據(jù)所處狀態(tài)調(diào)用相關(guān)功能模塊,，常見的操作有讀寫存儲器,、使能發(fā)送模塊應(yīng)答讀寫器等。
3.3 發(fā)送模塊設(shè)計
    FM0編碼狀態(tài)機如圖3所示,，其定義了如下7種狀態(tài)：
    (1)S_idle狀態(tài)：編碼器起始狀態(tài),。
    (2)S_pilot狀態(tài)：添加導頻音。
    (3)S_sync狀態(tài)：添加前同步碼“00101011”此處“V”由數(shù)據(jù)1代替,。
    (4)S1狀態(tài)：輸出11,。
    (5)S2狀態(tài)：輸出10。
    (6)S3狀態(tài)：輸出01,。
    (7)S4狀態(tài)：輸出00,。

    (1)S_idle狀態(tài)：編碼器起始狀態(tài)。
    (2)S_pilot狀態(tài)：添加導頻音,。
    (3)S_sync狀態(tài)：添加前同步碼“010111”,。
    (4)S1狀態(tài)：M=2時輸出1010，M=4時輸出10101010,，M=8時輸出1010101010101010,。
    (5)S2狀態(tài)：M=2時輸出1001，M=4時輸出10100101,，M=8時輸出1010101001010101,。
    (6)S3狀態(tài)：M=2時輸出0110，M=4時輸出01011010,，M=8時輸出0101010110101010,。
    (7)S4狀態(tài)：M=2時輸出0101，M=4時輸出01010101,，M=8時輸出0101010101010101,。
4 UHF RFID電子標簽測試結(jié)果
    標簽實物如圖5所示。

    讀寫器讀取標簽的EPC,、TID,、USER 3個存儲區(qū)的數(shù)據(jù)后傳到上位機程序，所得的測試結(jié)果如圖6所示,。

    本文采用Cyclone系列芯片EP1C3T100C6及相關(guān)射頻芯片,，設(shè)計了一種符合EPC Gen2協(xié)議的有源電子標簽。測試結(jié)果表明電子標簽工作性能穩(wěn)定,。板級電子標簽的設(shè)計為標簽的芯片設(shè)計提供了可靠的保證,，降低了流片的風險。
參考文獻
[1] EPC global Inc．EPCTM radio-frequency identity protocols  Class-l Gen-2 UHF RFID protocol for communications at 860 MHz～960 MHz[S].Lawrenceville：EPC Global Inc,，2004．
[2] STEWART J T,，WHEELER E,，TEIZER J，et al.Quadrature  amplitude modulated backscatter in passive and semipassive UHF RFID systems[J].IEEE Transactions on Microwave  Theory and Techniques,，2012,，60(4)：1175-1182.
[3] NIKITIN P V，SESHAGIRI K V R,，LAM S F,，et al.Power reflection coefficient analysis for complex impedances in  RFID tag design[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2005,，53(9)：2721-2724.
[4] 李兵,，何怡剛，佘開,，等.基于雷達截面差值的標簽通信誤碼率分析與測量[J].儀器儀表學報,，2010(31)：2815-2819.