电子标签识读终端的研究与设计

1、引 言 
    射频识别（RFID）是利用无线方式对电子数据载体（电子标签）进行识别的一种新兴技术。与接触式Ic卡和条形码识别等系统比较，它有着巨大的优势。利用射频识别技术，能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理，达到高效快捷运作的目的，特别是在物流、交通航运、自动收费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。 
    针对工作频率为100kHz一150kHz的电子标签EM4100．本文提出了其识读终端的设计。 

2、无源射频芯片EM4100工作基理 
    EM4100系列为微型低功耗电子标签芯片，工作频率范围为100kHz～ 150kHz，主时钟及工作电源取自识读器发射的信号。作为接收天线的线圈和微芯片已连好并封装在一起。内部电路分模拟模块和数字模块2大部分。模拟模块包括：全波整流电路，时钟提电路，调制电路；数字模块包括：序列发生器，只读存贮器，数据编码器。 
    无源电子标签与识读器之间的作用距离满足关系r<<λ（工作波长），根据天线理论，属于天线近区场（即感应场）。因此，电子标签天线与识读终端天线之间的作用是基于电磁感应原理，等效电路见图1。其中，L_l为识读器发射天线电感，L₂为电子标签线圈电感，R₂为电子标签线圈的内阻，R _L为电子标签谐振回路的等效负载。 

图1 信号耦合等效电路

    互感M在L₂上产生的电压作为L₂回路的信号源，由等效电路可推得回路的输出电压表达式：
   
    在其他因素不变时，若识读终端发射的信号频率与该谐振电路的谐振频率（）相等，则输出电压最大；偏离谐振频率时，电压将快速减小。谐振信号经整流滤波后作为片工作电源，当该电压值达到EM4100的要求时，芯片启动工作。该谐振电路的输出电压值取决于Q值、交变磁场强度及频率。显然，电子标签与识读终端之间的距离直接影响该电压值。 
    在时钟提取电路从线圈感应信号提取的主时钟作用下，序列发生器发出存储器寻址、数据串行输出控制、数据编码控制等信号。芯片内存贮有唯一的64bit代码：9bit起始位、40bit信息位、14bit校验位、lbit停止位。代码经编码后控制调制器中的电流开关．实现对f0=125kHz载波进行调幅。每bit数据的时间宽度与载波周期的比率有3种选择：64、32、16。数据信号控制应答器天线负载的接通和断开．识读器天线上电压将跟随变化，实际是应答器（电子标签）数据对识读器天线电压进行振幅调制，实现了应答器数据向识读器的传输。这就是所谓的负载调制。在识读终端有效作用范围内，电子标签循环发送64bit代码数据，实现数据向识读终端的传送。 

3、识读终端硬件系统设计 
    3.1 功能分析 
    根据上述识读终端与无源电子标签作用过程．识读终端应实现以下功能：1．发射射频信号。信号频率应等于电子标签接收回路的谐振频率，信号有足够的强度．以启动电子标签工作并满足对作用距离的要求。2．接收电子标签发射的射频信号，并解调出其中的数据。3．数据解码及后续处理。终端硬件系统实现前2项功能，第3项功能由识读终端软件系统实现。