目前，我們在超市購物付款時，只需一個標識符就可以快速知道價格，而不是以前的算盤或計算器，加快了付款速度，是顧客的好去處。射頻識別(RFID)技術是一種自動識別技術。每個目標對象對應于射頻卡閱讀器中唯一的電子識別碼(UID)或“電子標簽”。標簽貼在物體上以識別目標物體，如紙箱、貨盤或包裝箱。RFID閱讀器(應答器)從電子標簽中讀取識別碼。
基本的RFID系統由三部分組成:天線或線圈、帶有RFID解碼器的收發器和RFID電子標簽(每個標簽都有唯一的電子識別碼)。表1顯示了四種常用的RFID頻率及其潛在的應用領域。其中，超高頻是目前商業上應用最廣泛的，在供應鏈管理上也有可能廣泛應用。
EPC電子標簽
EPC代表電子產品代碼，是RFID電子標簽的標準。它包括電子標簽的數據內容和無線通信協議。EPC標準將條形碼規范中的數據信息標準與ANSI或其他標準化組織制定的無線數據通信標準(802.11b)相結合。目前供應鏈管理中使用的EPC標準屬于第二代EPC Class-1標準。
一級標簽已經在工廠寫好了，但是也可以現場下載。通常，一旦標簽被寫入，存儲器被鎖定，并且沒有信息可以被再次寫入。Class-1標簽采用常規的數據包傳輸協議——讀卡器發送包含相關命令和數據的數據包，然后標簽做出響應。
讀卡器應用環境不良
RFID的應用環境可能非常惡劣。該信道的工作頻率是免執照的工業、科學和制藥(ISM)頻帶。該頻段的RFID閱讀器會受到無繩電話、無線耳機、無線數據網絡和其他附近閱讀器的干擾。每個讀卡器的RF接收器前端必須設計為能夠抵抗強干擾信號，并避免可能導致查詢錯誤的失真。接收器的噪聲必須保持在低水平，以便具有足夠的動態范圍來以無誤差的方式檢測低水平標簽響應信號。
圖1所示的讀寫器射頻收發機是一種成熟的設計，可以在有大量干擾源的惡劣環境下穩定工作。并且發射機和接收機都配備有高動態范圍直接轉換調制器和解調器，從而最大化穩定性并降低成本。
以及實用和可靠的RF接收器設計。
接收機的核心是Linear公司的LT5516，它是一種高度集成的直接變頻正交解調器。芯片上提供一個精確的正交移相器(0-90度)。通過射頻濾波器后，來自天線的信號通過不平衡變壓器直接輸入到解調器輸入端口。由于LT5516的噪聲系數非常低，所以在沒有低噪聲放大器(LNA)的情況下，它仍然可以保持其21.5dBm IIP3和9.7dB P1dB的性能。
當接收數據時，讀卡器發射連續的載波(未調制)為標簽供電。接收到請求后，電子標簽通過對載波進行幅度調制來響應碼流。采用的調制模式是幅移鍵控(ASK)或反幅移鍵控(PR-ASK)。該解調器有兩個正交的相移檢測輸出端口，因此具有天然的分集接收功能。如果一個通道由于多徑或相位抵消而無法接收信號，則另一個通道(相移90度)可以接收到更強的信號，反之亦然。這樣，提高了整體接收可靠性。
解調完成后，I(同相)和Q(正交相位)差分輸出信號可以交流耦合至運算放大器(配置為差分放大器)，然后轉換為單端輸出信號。此時高通角頻率應設置為5KHz，低于接收數據流的最小信號頻率，高于最大多普勒頻率(運動標簽可能會采用)，同時保持高于電力線頻率(60Hz)。這樣，通過使用配置為四階低通的LT1568，輸出信號可以平滑地通過低通濾波器。低通角頻率應設置為5MHz，這樣最大的碼流信號可以通過濾波器到達基帶。
然后，基帶信號由雙通道低功耗模數轉換器(LTC2291，分辨率12位)數字化。由于標簽碼流的帶寬為5KHz到5MHz，所以LTC2291可以以25MSps的速率完全采樣，從而準確捕獲解調后的信號。必要時，可以在基帶DSP中實現額外的數字濾波。這樣，接收機在設置邏輯閾值時可以有最大的靈活性，這可以由基帶處理器以數字方式執行。
基帶任務和數字RF信道化處理可以提高所有FPGA解決方案的吸引力和集成度。
高動態范圍射頻發射機的設計
發射機集成了鏡像抑制直接變頻調制器。LT5568具有高線性度和低背景噪聲，因此可以為傳輸信號提供出色的動態范圍性能。該調制器可以從數模轉換器(DAC)接收正交基帶I和Q信號，然后將它們直接調制到900MHz傳輸頻率。
在內部，LO(本地振蕩器)由精密正交移相器分頻。調制后的RF信號合并成一個單端、單邊帶RF輸出信號(鏡像被46dBc抑制)。此外，調制器配有匹配的I和Q混頻器，以便最大限度地抑制LO載波信號(to -43dBm)。
復合調制電路具有優良的鄰信道功率比(ACPR)，有助于滿足傳輸頻率屏蔽的要求。例如，當調制器的RF輸出電平為-8dBm時，ACPR指數優于-60dBc。憑借更好的ACPR性能，信號可以放大到1w(在美國為+30dBm)的允許功率，或者放大到2w以滿足歐盟規范。在上述兩種情況下，保持電平固定是很重要的，因為電平是用來給電子標簽供電，使讀取距離最大化的。LTC5505射頻功率檢測器的內部溫度補償功能可以精確測量功率，并提供穩定的反饋信號來調整射頻功率放大器的輸出功率。
基帶處理和網絡接口
在基帶頻率下，FPGA執行發送到DAC和來自模數轉換器(ADC)的波形的信道化任務。這一過程也稱為數字中頻處理，涉及濾波、增益控制、頻率轉換、采樣速率變化等。FPGA甚至可以并行處理多個通道。
圖2示出了RF讀卡器的體系結構。其他基帶處理任務包括:
導頻場檢測
分類估計
以及調制和解調(ASK、頻移鍵控和相移鍵控)
信號生成
相關器處理
峰值檢測和閾值設置
CRC糾錯和校驗和
編碼和解碼(NRZ、曼徹斯特、單極性、差分雙極性和米勒)
幀檢測
ID解擾
安全加密引擎
接收到的RFID標簽數據可以通過串口或網絡接口傳輸到企業系統服務器。這種傳統的體系結構正逐漸演變成高級分布式TCP/IP網絡的一部分。在這個網絡中，射頻卡閱讀器將負責管理相鄰的標簽。在這種情況下，射頻卡閱讀器就像電子標簽和連接到企業軟件系統的智能分布式數據庫之間的網關。
根據硬件/軟件功能劃分的不同，這些基帶任務可以在FPGA、DSP或兩者上完成。XIX公司推出了IP內核套件，包括FIR、CIC、DDS、DUC、DDC、比特相關器、正弦/余弦LUT等。這些邏輯電路非常適合執行加密引擎的任務(加密引擎采用移位寄存器和異或)。對于Xilinx？VirtexTM-4系列DSP48引擎非常適合其他信號處理任務。
基帶處理器負責控制各種基帶處理任務的功能和調度，還負責鏈路層協議。這些基帶處理任務包括跳頻、發送前監聽、防碰撞算法處理等等。基帶處理器還提供以太網、USB和固件等接口。
基帶任務和數字RF信道化處理可以提高所有FPGA解決方案的吸引力和集成度。FGPA功能、DSP功能和基帶處理功能都可以集成到具有嵌入式處理器的FPGA中。
圖3示出了基于FPGA的RFID處理器的架構。嵌入式處理器可以是硬核(例如Virtex-4 FX產品系列中使用的PowerPCTM)、軟核(例如SpartanTM設備中使用的MicroBlazeTM)，甚至是PowerPC和MicroBlaze的組合。用戶可以將內置的硬以太網MAC(EMAC)連接到外部以太網物理層，然后連接到以太網。此外，用戶還可以使用Lite以太網MAC IP進行10/100-BaseT。
PowerPC/MicroBlaze嵌入式處理器執行以下任務:
EPC數據處理
協議處理
查詢調度
TCP/IP網絡接口
控制和監測
調制解調器控制
升級代理
HTTP服務器
SNMP/MIB處理
XIX千兆以太網系統參考設計(GSRD)是一個基于EDK的參考系統，可以在基于TCP/IP的協議接口和用戶數據接口之間搭建一座高性能的橋梁。GSRD的組件具有滿足TCP/IP系統的每比特和每分組成本要求的功能。
Xilinx還為蒙他Vista Linux和Treck堆棧提供排放性能基準。由Xilinx Platform Studio (XPS)微處理器庫定義的Nucleus PLUS RTOS為采用MicroBlaze和PowerPC處理器的系統帶來了新的優勢。Nucleus PLUS RTOS的尺寸非常小，這意味著它可以利用芯片上的現有內存，從而最大限度地降低功耗并提高性能。此外，廣泛的中間件使Nucleus PLUS RTOS成為RFID后端網絡的理想選擇。
使用XilinxCoolRunnerTM-II CPLD，手持射頻卡讀卡器可以連接到硬盤驅動器、QWERTY鍵盤、可移動硬盤接口、各種顯示設備和其他計算機外圍設備(如圖4所示)。這些CPLD還可以幫助應用處理器，滿足低功耗、高性能和更小芯片封裝的要求。
結論
在未來，射頻卡讀卡器很可能具有前端DSP功能，如射頻協議處理。現在這些功能都是在獨立的DSP中處理的，未來很有可能集成在FPGA中。嵌入式軟處理內核可以顯著提高DMIPS/MHz性能。在不久的將來，更高版本的處理內核將取代控制讀卡器應用的后端外部處理器，以便在可編程邏輯的幫助下，最大限度地提高射頻卡讀卡器設備的靈活性，并最小化其成本。
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