基于FPGA的UHF读写器设计

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物联网将成为下一个万亿级的高新技术产业,RFID技术作为物联网关键技术之一,近年来受到了各国政府及IT研发人员的广泛关注。超高频(UHF) RFID技术不仅是当前RFID技术研究的重点,也是物联网典型应用推广的热点;自主研发一款高性能的UHF RFID读写器在推动RFID技术向前发展的同时,也可以促进物联网应用在社会生产中的普及。本文以UHF RFID读写器软硬件设计关键技术为重点,内容包括与读写器功能密切相关的射频前端电路设计、数字基带电路设计、防碰撞算法实现等方面。首先,本文深入分析了ISO/IEC18000-6C协议,细化了射频电路参数,给出了读写器设计指标,并提出了读写器射频实现方案。该读写器系统设计简单,测试方便,成本较低。读写器本振信号由Si4133-BT芯片提供,能够满足跳频、扩频通信需求;功放电路采用RF2173、RF2376实现两级功率放大,输出功率达到20dBm左右;接收电路采用零中频结构,采用四通道接收电路,有效克服了接收干扰及接收盲区;数据采集电路由高速比较器LM319完成,数据转换效率高。其次,本文采用Verilog HDL语言设计了读写器的数字基带电路,设计中的编解码模块、时序链接模块、检验电路模块、通信模块等数字基带电路均采用有限状态机的方法设计实现,在ModelSim软件上对上述各个模块进行仿真验证后,在Altera公司的EP1C12QC8N芯片上完成了对基带电路的测试。再次,本文研究了几种ALOHA衍生的随机防碰撞算法,给出了各种ALOHA防碰撞算法的数学模型,并且仿真了各种算法系统效率。另一方面,本文还分析了动态帧时隙ALOHA防碰撞算法以及标签数估计算法,在对ISO/IEC18000-6C协议防碰撞算法深入研究的基础上,提出并实现了标签数选择改进算法,仿真结果表明,该算法能使系统平均效率达到33%左右。最后,本文成功进行了读写器射频前端电路测试以及标签数据提取,获得了读写器相关性能参数,通过对测试图像和数据的分析,结果表明本文中的读写器达到了预期的设计要求。
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