無源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證平臺設(shè)計

根據(jù)式（2）可以推算出天線線圈的等效電感，再根據(jù)式（1）可以計算出并聯(lián)電容的理論值。

為了補(bǔ)償電路板加工偏差以及電路中其他參數(shù)的不確定因素，消除線圈計算值與加工后實際值之間的誤差，線圈匝數(shù)預(yù)留3.5、4.5圈可選的跳線。調(diào)試時根據(jù)實際測量結(jié)果，確定并聯(lián)電容的容值和線圈的具體匝數(shù)。

2.4.2天線調(diào)試

驗證平臺電路板加工、焊接完成后，使用阻抗分析儀測量天線的實際電感值，本次測到的天線線圈的電感值近似為2.9 nH；根據(jù)式（1）重新計算并聯(lián)電容的值為47.55 nF，校正理論計算與加工后實際值之間的偏差。

并聯(lián)電容值確定后，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的諧振頻率。根據(jù)諧振頻率的偏移情況，逐步增加或者減少線圈匝數(shù)，直到達(dá)到指定的諧振頻率13.56 MHz.

根據(jù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量結(jié)果顯示，本次天線能成功諧振在13.56 MHz，此時線圈匝數(shù)為4，并聯(lián)電容大小為47 nF.圖6、圖7為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的諧振圖。


圖6 幅頻特性圖

圖7 特性阻抗圖

3測試結(jié)果

FPGA原型驗證平臺經(jīng)過器件選型、硬件設(shè)計、數(shù)字邏輯單元的移植實現(xiàn)以及系統(tǒng)調(diào)試后，能夠與支持ISO/IEC15693協(xié)議的閱讀器進(jìn)行穩(wěn)定通信。圖8顯示了閱讀器下發(fā)查詢（Inventory）命令時空間場波形信息；圖9顯示了閱讀器下發(fā)查詢（Inventory）命令時，標(biāo)簽收到的時鐘信號（clk）、解調(diào)信號（demo_data）以及標(biāo)簽返回的調(diào)制信號（modu_data）波形。


圖8 命令空間場波形圖


圖9 標(biāo)簽介紹命令、返回數(shù)據(jù)波形圖

本文結(jié)合RFID芯片的設(shè)計特點，描述了一種FPGA原型驗證平臺的設(shè)計，支撐無源高頻RFID芯片的FPGA原型驗證。經(jīng)測試表明，該驗證平臺能夠?qū)崿F(xiàn)ISO/IEC15693協(xié)議中的通信功能，能與多款閱讀器進(jìn)行穩(wěn)定的通信，讀寫性能優(yōu)異，穩(wěn)定性、可靠性都能達(dá)到預(yù)期的效果，滿足標(biāo)簽芯片F(xiàn)PGA原型驗證的需求。

本文設(shè)計的FPGA原型驗證平臺還可以作為電子標(biāo)簽芯片的原型設(shè)計提供給客戶試用，提前進(jìn)行軟件開發(fā)；還可以提前進(jìn)行第三方的認(rèn)證工作。另外，該驗證平臺對于符合其他協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片的驗證平臺的設(shè)計也有很好的參考價值。