RFID標簽芯片原理與設計-調制與編碼

RFID標簽芯片原理與設計——調制與編碼第一頁，共39頁。RFID信號傳輸RFID理論基礎主要包括：能量傳輸理論基礎、信號傳輸理論基礎第二頁，共39頁。信號傳輸流程圖RFID標簽芯片編碼與調制數(shù)字電路執(zhí)行完一條命令后產生二進制輸出信號二進制信號經(jīng)過CRC編碼后形成完整的發(fā)送幀格式將幀格式按比特編碼將編碼信號調制成射頻模擬信號并通過天線發(fā)送出去第三頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制人類在生活、生產和社會活動中總是伴隨著消息（或信息）的傳遞，這種傳遞消息（或信息）的過程就叫做通信。通信系統(tǒng)是指完成通信這一過程的全部設備和傳輸媒介，

一般可概括為如下圖所示的模型：

圖1通信系統(tǒng)模型1、通信系統(tǒng)模型第四頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制信息源（簡稱信源）：把各種消息轉換成原始電信號，如麥克風。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設備：產生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?。信道：將來自發(fā)送設備的信號傳送到接收端的物理媒質。分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。接收設備：從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應的消息，如揚聲器等。第五頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)，例如麥克風輸出電壓：數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，例如電報信號、計算機輸入輸出信號：(a)話音信號(b)抽樣信號模擬信號(a)二進制信號

(b)2PSK信號數(shù)字信號第六頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。可見，在模擬通信系統(tǒng)中，發(fā)送設備簡化為調制器，接收設備簡化為解調器，主要是強調在模擬通信系統(tǒng)中調制的重要作用。模擬通信系統(tǒng)模型2、通信系統(tǒng)分類第七頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行砸约巴瓿赡?數(shù)轉換；信道編碼與譯碼目的：增強抗干擾能力；加密與解密目的：保證所傳信息的安全；數(shù)字調制與解調目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?；同步目的：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調一致。

數(shù)字通信系統(tǒng)模型第八頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制RFID系統(tǒng)常采用數(shù)字信號。其主要特點信號的完整性RFID采用非接觸技術傳遞信息，容易遇到干擾，使信息傳輸發(fā)生改變。數(shù)字信號容易校驗，并容易防碰撞，可以使信號保持完整性。信號的安全性RFID系統(tǒng)采用無線方式傳遞信息，開放的無線系統(tǒng)存在安全隱患。數(shù)字信號的加密和解密處理比模擬信號容易的多。便于存儲、處理和交換數(shù)字信號的形式與計算機所用的信號一致，都是二進制代碼。便于與計算機互聯(lián)網(wǎng)，也便于計算機對數(shù)字信息進行存儲、處理和交換，可使物聯(lián)網(wǎng)的管理和維護實現(xiàn)自動化、智能化。第九頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制RFID系統(tǒng)的基本通信模型按讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，RFID系統(tǒng)的通信模型主要由讀寫器（發(fā)送器）中的信號編碼（信號處理）和調制器（載波電路），傳輸介質（信道），以及電子標簽（接收器）中的解調器（載波回路）和信號譯碼（信號處理）組成。

RFID系統(tǒng)最終要完成的功能是對數(shù)據(jù)的獲取，這種在系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)交換有兩個方面的內容：RFID讀寫器向RFID電子標簽方向的數(shù)據(jù)傳輸和RFID電子標簽向RFID讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸。3、RFID系統(tǒng)的基本通信模型第十頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制信號編碼系統(tǒng)是對要傳輸?shù)男畔⑦M行編碼，以便傳輸信號能夠盡可能最佳的與信道相匹配，防止信息干擾或發(fā)生碰撞。調制器用于改變高頻載波信號，即使得載波信號的振幅、頻率或相位與調制的基帶信號相關。射頻識別系統(tǒng)信道的傳輸介質為磁場（電感耦合）和電磁波（微波）。解調器用于解調獲取信號，以便再生基帶信號。信號譯碼系統(tǒng)是對從解調器傳來的基帶信號進行譯碼，恢復成原來的信息，并識別和糾正傳輸錯誤。第十一頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼與調制4、信號工作方式時序系統(tǒng)

電子標簽和讀寫器的信息傳輸是在電子標簽能量供應間歇進行的，讀寫器與電子標簽不同時發(fā)射，這種方式可改善信號受干擾的狀況，提高系統(tǒng)的工作距離。全雙工系統(tǒng)：電子標簽和讀寫器之間可以在同一時刻互相傳送信息半雙工系統(tǒng)：電子標簽和讀寫器之間可以雙向傳送信息，但在同一時刻只能向一個方向傳送信息發(fā)射能量，給電子標簽充電讀寫器停止發(fā)射能量，電子標簽工作，向讀寫器發(fā)送信號第十二頁，共39頁。編碼幀格式RFID標簽芯片編碼標準幀格式編碼與解碼幀格式一樣判斷起始位數(shù)據(jù)奇偶標志數(shù)據(jù)

結束位例如：HLTA命令的回復第十三頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——TypeATypeA在106K速率下采用曼徹斯特編碼每一位的中間有一個跳變。位中間的跳變既作為時鐘，又作為數(shù)據(jù)：從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0.曼徹斯特碼也是一種歸零碼。曼徹斯特編碼編碼采用副載波：頻率為fc/168個時鐘周期第十四頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——TypeATypeA在212/424/848K速率下采用NRZ-L非歸零編碼32個副載波反相，邏輯0相位與邏輯1相位相同212/424/848K速率下1個比特周期共有4/2/1個副載波互相反相互相反相互相反相反相，邏輯0相位反相，邏輯0相位第十五頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——TypeB閱讀器與標簽之間編碼的時序關系幀格式第十六頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——TypeB14443-B協(xié)議幀的開始SOF14443-B協(xié)議幀結束第十七頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——TypeBTypeB所有速率均采用NRZ-L非歸零編碼64個時鐘內無調制106/212/424/848K速率下1個比特周期共有8/4/2/1個副載波80個副載波時鐘定義邏輯1相位互相反相TR0TR1第十八頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693響應幀格式Flag標志位的定義如：查詢命令的響應第十九頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用何種數(shù)據(jù)速率是由閱讀器發(fā)送過來的標志位決定，如下表所示，可使用兩種速率，低速率和高速率。另外使用NXP定制的快速防沖突Fastinventory命令時，速率是標準模式的兩倍速率，只限單副載波。提示：速率越快，功耗越大，讀寫距離越短

為了提高讀寫距離，可將速率設置成最低速率傳輸速率第二十頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用單副載波時的位編碼方式邏輯0是以頻率為fc/32的8個脈沖開始，接著是非調制時間256/fc（約18.88us）邏輯1是以非調制時間256/fc開始，接著是頻率為fc/32的8個脈沖高速率的波形低速率時鐘數(shù)乘以4第二十一頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用單副載波時的位編碼方式設計要點：產生副載波，后半部分與低電平相與設計要點：產生副載波，前半部分與低電平相與第二十二頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用雙副載波時的位編碼方式邏輯0是以8個頻率為fc/32（約423.75kHZ）的脈沖開始，緊跟著9個頻率為fc/28（約484.28kHZ）的脈沖邏輯1是以9個頻率為fc/28（約484.28kHZ）的脈沖開始，緊跟著8個頻率為頻率為fc/32（約423.75kHZ）的脈沖高速率的波形低速率時鐘數(shù)乘以4第二十三頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用雙副載波時的位編碼方式設計要點：前半部分產生8個頻率為fc/32的時鐘，后半部分產生9個頻率為fc/28的時鐘設計要點：前半部分產生9個頻率為fc/28的時鐘，后半部分產生8個頻率為fc/32的時鐘，注意頻率之間的切換避免出現(xiàn)毛刺第二十四頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用單副載波時的SOF和EOFSOF由以下三部分組成：1. 非調制時間768/fc（約56.64us）；2. 24個頻率為fc/32的脈沖；3. 單副載波表示的邏輯1。EOF由以下三部分組成：1. 單副載波表示的邏輯0；2. 24個頻率為fc/32的脈沖；3. 非調制時間768/fc（約56.64us）。第二十五頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693使用雙副載波時的SOFSOF由以下三部分組成：1. 27個頻率為fc/28的脈沖（約484.28kHZ）；2. 24個頻率為fc/32的脈沖（約423.75kHZ）；3. 雙副載波表示的邏輯1。EOF由以下三部分組成：1. 雙副載波表示的邏輯0；2. 24個頻率為fc/32的脈沖（約423.75kHZ）；3. 27個頻率為fc/28的脈沖（約484.28kHZ）。第二十六頁，共39頁。RFID標簽芯片編碼——15693編碼電路第二十七頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制通?；鶐盘柧哂休^低的頻率分量，不宜通過無線信道傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要由一個載波來運載基帶信號，也就是使載波的某個參量隨基帶信號的規(guī)律而變化，這一個過程稱為（載波）調制。載波受到調制以后稱為已調信號，它含有基帶信號的全部特征。根據(jù)輸入調制信號的不同，調制信號有模擬信號和數(shù)字信號之分模擬調制是指輸入調制信號為幅度連續(xù)變化的模擬量；數(shù)字調制是指輸入調制信號為幅度離散的數(shù)字量。

載波的參數(shù)有幅度、頻率和相位，因此根據(jù)載波的參數(shù)變化不同，調制可以分為幅度調制、頻率調制和相位調制。第二十八頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字調制方式傳送消息，調制信號（包括數(shù)字基帶信號和已調脈沖）對正弦波進行調制。在RFID系統(tǒng)中，正弦載波除了是信息的載體外，在無源電子標簽中還具有提供能量的作用，這一點與其他無線通信有所不同。.數(shù)字調制的概念用二進制（多進制）數(shù)字信號作為調制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把幾代數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調制，反之，稱為數(shù)字解調。.數(shù)字調制的分類在二進制時分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK屬于線性調制，F(xiàn)SK、PSK屬于非線性調制。第二十九頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制第三十頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制第三十一頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制第三十二頁，共39頁。RFID標簽芯片負載調制第三十三頁，共39頁。Data為電子標簽要發(fā)送的數(shù)據(jù)，R1、R2為調制電阻，N1、N2為負載調制開關管。當電子標簽發(fā)送數(shù)據(jù)Data=“0”時，N1、N2管關斷，天線工作電流不變；當Data=“1”時，N1、N2管導通，R1、R2并聯(lián)到天線兩端，天線等效負載電阻降低，天線電流增大、感應電壓降低，閱讀器天線的感應電壓升高。在負載調制時，天線限幅電路配合調制信號工作。當Dout=“1”時，天線限幅部分將在更低處開始限壓。RFID標簽芯片負載調制——ASK設計負載調制電路第三十四頁，共39頁。當負載調制電路開始工作時，M-cl信號觸發(fā)P6打開，相當于將R4和P1短路掉，使得限幅電路的限幅電壓值降低，進一