經(jīng)過多年發(fā)展，全球RFID技術(shù)從芯片設(shè)計制造、標簽天線設(shè)計、讀寫器設(shè)計制造到軟件集成等各個方面都取得了顯著發(fā)展。全球出現(xiàn)了以Impinj、Alien和NXP等公司為龍頭的眾多芯片產(chǎn)品供應商，UHF RFID芯片產(chǎn)量不斷提高，產(chǎn)品性能逐步穩(wěn)定，以Intermec、Impinj、Symbol、CSL、Alien、TI、Savi等公司為代表的國外RFID讀寫器制造商推出了各種類型的產(chǎn)品，實現(xiàn)了多協(xié)議并容。如果將移動通信與RFID讀寫器整合，將讀寫器與標簽整合，就可以實現(xiàn)移動RFID/SUN應用。IBM、Sun、Oracle、SAP等國外RFID中間件產(chǎn)品已經(jīng)開始投放市場。各國政府在RFID等應用平臺的研究進展加快，主要在體系結(jié)構(gòu)、編碼與解析實現(xiàn)服務、數(shù)據(jù)和信息安全方面取得了一些研究成果，建立了一些具有實際成效的RFID信息平臺。然而，在RFID應用體系的結(jié)構(gòu)方面，目前還沒有取得有價值的成果。
隨著2003年美國國防部大力推進RFID技術(shù)以來，RFID的應用領(lǐng)域快速擴大，逐漸向經(jīng)濟和社會各個領(lǐng)域滲透。英國、德國、日本和韓國均有較為成熟的規(guī)�；瘧谩＠�，美國食品及藥品管理局（FOA）從2006年開始使用RFID技術(shù)管理常用藥品，法國政府已經(jīng)在食品領(lǐng)域全面推廣原產(chǎn)地分類RFID標簽制度，國際航空運輸協(xié)會（IATA）也大力推薦航空公司將RFID技術(shù)應用于行李運送。RFID技術(shù)和MES、ERP等信息系統(tǒng)無縫結(jié)合的應用研究正從供應鏈管理進入制造過程的核心。例如，德國利用RFID技術(shù)對西班牙的一種稀有奶酪從生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)母鱾�環(huán)節(jié)進行全程跟蹤管理； 荷蘭零售商對超市的蔬菜使用RFID技術(shù)進行全程跟蹤管理。
近年來，我國對UHF頻段關(guān)鍵技術(shù)進行重點攻關(guān)，取得了初步的成果，設(shè)計出符合ISO/IEC 18000B/C的UHF標簽芯片，存儲容量可達2Kb，但滿足GB/T 297682013芯片和協(xié)議要求的讀寫器是一個空白。本書的一個重點就是分析GB/T 297682013和ISO/IEC 180006C標準，使科研人員盡快設(shè)計出國產(chǎn)協(xié)議標簽。
《中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策白皮書》明確提出，UHF RFID讀寫器的核心模塊研發(fā)是中國RFID技術(shù)發(fā)展及優(yōu)先應用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。
目前國內(nèi)的UHF RFID讀寫器設(shè)計方案大多數(shù)采用專用芯片，如使用Impinj公司的R1000和R2000、WJ公司的WJ200、奧地利AG公司的AS3991和AS3992等，這些應用方案只需要簡單地匹配電路即可完成設(shè)計，但成本很高，尤其是核心技術(shù)被國外把控，不利于我國的UHF RFID技術(shù)發(fā)展。為此，本書從讀寫器特點、性能以及讀寫器基帶信號處理的技術(shù)設(shè)計角度，詳細分析GB/T 297682013和ISO/IEC 180006C協(xié)議，并對電路設(shè)計、軟件設(shè)計進行詳細分析，以期為我國自主研發(fā)設(shè)計UHF RFID讀寫器和技術(shù)創(chuàng)新貢獻一點力量。
本書以UHF RFID標簽芯片（第3~5章）和讀寫器電路（第6~14章）的設(shè)計為主線，對有關(guān)RFID標準，如GB/T 297682013和ISO/IEC 180006C進行了分析，并就多協(xié)議技術(shù)問題進行了研究和解析，對關(guān)鍵性基帶處理電路設(shè)計進行了分析和說明。
感謝北京宏誠創(chuàng)新科技有限公司對本書的大力支持。感謝邢麗麗、朱小娜的辛勤工作，是你們的努力才使得本書順利出版。
限于作者水平，加之時間倉促，書中疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
作者2025年4月
第1章緒論
1.1UHF RFID標簽芯片研究現(xiàn)狀
1.1.1國外研究現(xiàn)狀
1.1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.1.3設(shè)計現(xiàn)狀
1.2國內(nèi)外芯片發(fā)展比較及趨勢
1.2.1發(fā)展比較
1.2.2發(fā)展趨勢
第2章UHF RFID標簽芯片和讀寫器的標準協(xié)議分析
2.1國際標準協(xié)議與中國國家標準協(xié)議的對比
2.1.1標準協(xié)議概述
2.1.2標準協(xié)議的參數(shù)對比
2.1.3標簽存儲
2.1.4國際標準的組成
2.2編碼與調(diào)制
2.2.1工作頻率
2.2.2讀寫器到標簽的通信規(guī)范
2.2.3標簽到讀寫器的通信規(guī)范
2.2.4標簽工作狀態(tài)
2.2.5調(diào)制
2.2.6頻譜
2.3信道分配
2.4系統(tǒng)指標與鏈路特性分析
2.4.1鏈路分析
2.4.2讀寫器系統(tǒng)指標
2.5標簽數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異對讀寫器設(shè)計的影響
2.5.1標簽數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異
2.5.2微控制器讀寫器解碼的可行性分析
2.6芯片命令集
2.7UHF RFID標簽芯片結(jié)構(gòu)特征
2.8UHF RFID無源標簽芯片供電原理
2.8.1借助無線功率傳輸供電
2.8.2借助片上儲能電容充放電實施供電
2.8.3供需平衡
2.9UHF RFID標簽芯片組成
第3章CMOS電路的低功耗設(shè)計方法
3.1功耗優(yōu)化技術(shù)
3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)級功耗優(yōu)化技術(shù)
3.1.2電路級功耗優(yōu)化技術(shù)
3.1.3器件/版圖級功耗優(yōu)化技術(shù)
3.2CMOS電路的功耗產(chǎn)生原因
3.2.1動態(tài)功耗
3.2.2靜態(tài)功耗
3.3CMOS電路低功耗技術(shù)
3.3.1降低動態(tài)功耗
3.3.2降低漏電流功耗
3.4反向散射技術(shù)和低功耗技術(shù)
3.4.1UHF RFID芯片結(jié)構(gòu)
3.4.2連續(xù)反向散射鏈路頻率電路
3.4.3電路測試結(jié)果
第4章標簽芯片的射頻前端設(shè)計
4.1概述
4.1.1標簽芯片系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理
4.1.2設(shè)計指標
4.2標簽芯片射頻前端的模塊電路
4.3倍壓整流電路設(shè)計
4.3.1倍壓整流電路分析
4.3.24種倍壓整流電路結(jié)構(gòu)比較
4.3.3高效倍壓整流電路仿真分析
4.3.4阻抗匹配分析
4.4穩(wěn)壓基準源
4.4.1集成電路的亞閾值
4.4.2穩(wěn)壓基準源技術(shù)指標
4.4.3電路設(shè)計分析
4.5ESD防護電路設(shè)計
4.5.1ESD防護電路原理
4.5.2ESD防護電路設(shè)計
4.6調(diào)制電路設(shè)計
4.6.1調(diào)制電路設(shè)計原理
4.6.2調(diào)制電路設(shè)計
4.6.3調(diào)制電路仿真分析
4.7解調(diào)電路設(shè)計
4.7.1解調(diào)電路設(shè)計原理
4.7.2解調(diào)電路仿真分析
4.8版圖設(shè)計案例
4.8.1射頻前端版圖設(shè)計
4.8.2芯片版圖設(shè)計
第5章標簽芯片數(shù)字基帶電路設(shè)計
5.1概述
5.1.1設(shè)計指標
5.1.2制造工藝的容忍性
5.2數(shù)字基帶電路的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
5.3解碼器、編碼器和CRC校驗模塊電路設(shè)計
5.3.1解碼器電路設(shè)計
5.3.2編碼器電路設(shè)計
5.3.3CRC校驗模塊電路設(shè)計
5.4輸入輸出預處理模塊電路設(shè)計
5.4.1輸入預處理模塊電路設(shè)計
5.4.2輸出預處理模塊電路設(shè)計
5.5狀態(tài)控制機電路設(shè)計
5.5.1協(xié)議指令分析
5.5.2狀態(tài)控制機內(nèi)部處理電路設(shè)計
5.6防碰撞電路設(shè)計
5.6.1時槽計數(shù)器電路設(shè)計
5.6.2偽隨機數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計
5.7系統(tǒng)時鐘電路和復位電路設(shè)計
5.7.1系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計
5.7.2復位電路設(shè)計
5.8存儲器訪問控制設(shè)計
5.9低功耗優(yōu)化
5.10整體仿真
5.11版圖設(shè)計
5.11.1邏輯綜合與時序分析
5.11.2后端設(shè)計與物理驗證
5.11.3數(shù)字基帶電路功耗分析
5.12測試
5.12.1測試方案
5.12.2測試結(jié)果
第6章UHF RFID讀寫器架構(gòu)和電路設(shè)計方法
6.1原理和架構(gòu)
6.1.1現(xiàn)狀
6.1.2基本原理
6.1.3基本架構(gòu)
6.2射頻前端方案
6.2.1分立RF器件方案
6.2.2通用RF芯片方案
6.2.3專用RFID芯片方案
6.3基帶電路設(shè)計方案
6.3.1通用方案
6.3.2一種MCU FPGA的基帶電路設(shè)計方法
6.3.3集成電路設(shè)計方案
6.3.4一種采用FPGA技術(shù)和 ADC技術(shù)的讀寫器芯片
電路設(shè)計方法
6.4讀寫器系統(tǒng)控制模塊的構(gòu)成方法
6.4.1采用ARM9系列的讀寫器
6.4.2采用8051及STM32F207單片機
6.4.3數(shù)字信號處理系統(tǒng)電路
6.4.4讀寫器SoC架構(gòu)
6.5模塊間總線接口協(xié)議的選擇AXI
第7章UHF RFID射頻前端結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計發(fā)送部分
7.1發(fā)射機的基本結(jié)構(gòu)
7.2發(fā)射機的性能指標
7.2.1輸出功率和效率
7.2.2互調(diào)系數(shù)
7.2.3相位噪聲
7.2.4通頻帶寬度
7.2.5頻譜純度
7.3上混頻器設(shè)計
7.4混頻器概述
7.4.1無源混頻器
7.4.2有源混頻器
7.5混頻器性能參數(shù)
7.5.1變換增益
7.5.2噪聲
7.5.3線性度
7.5.4隔離度
7.6本設(shè)計中的上混頻器
7.6.1電流注入技術(shù)
7.6.2上混頻器整體結(jié)構(gòu)與分析
7.6.3電路仿真
7.7功率放大器設(shè)計
7.7.1線性功率放大器
7.7.2非線性功率放大器
7.8功率放大器性能參數(shù)
7.9功率放大器設(shè)計
7.9.1自偏置共源共柵結(jié)構(gòu)
7.9.2功率放大器整體結(jié)構(gòu)
7.9.3電路仿真
7.10射頻前端發(fā)射芯片電路設(shè)計
7.10.1射頻發(fā)射前端工作原理
7.10.2芯片結(jié)構(gòu)
7.10.3電路仿真
7.11射頻芯片的版圖設(shè)計
7.11.1概述
7.11.2器件匹配
7.11.3布局和布線
7.11.4閂鎖效應
7.11.5耦合效應
7.11.6射頻發(fā)射前端芯片電路的版圖設(shè)計
第8章UHF RFID射頻前端結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計接收部分
8.1射頻前端接收部分
8.1.1UHF RFID系統(tǒng)信道分析
8.1.2UHF RFID讀寫器接收機系統(tǒng)指標
8.2接收機的基本結(jié)構(gòu)
8.2.1超外差接收機結(jié)構(gòu)
8.2.2零中頻接收機結(jié)構(gòu)
8.3接收機的性能指標
8.3.1輸入匹配
8.3.2增益
8.3.3噪聲系數(shù)
8.3.4線性度
8.3.5靈敏度
8.4模塊技術(shù)指標
8.4.1環(huán)形器技術(shù)指標
8.4.2下變頻混頻器技術(shù)指標
8.4.3中頻直流放大器技術(shù)指標
8.4.4中頻低通濾波器技術(shù)指標
8.4.5自動增益控制器技術(shù)指標
8.4.6模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標
8.4.7頻率綜合器技術(shù)指標
8.5低噪聲放大器的基本理論和結(jié)構(gòu)
8.5.1基本結(jié)構(gòu)
8.5.2性能指標
8.6下混頻器的基本理論
8.6.1基本結(jié)構(gòu)
8.6.2性能指標
8.7放大器的高線性技術(shù)
8.7.1二階交調(diào)電流注入技術(shù)
8.7.2多柵晶體管技術(shù)
8.7.3后線性化技術(shù)
8.8低噪聲技術(shù)
8.8.1靜態(tài)電流注入技術(shù)
8.8.2動態(tài)電流注入技術(shù)
8.8.3源極電感調(diào)諧技術(shù)
8.9一種增益可控制的寬帶低噪聲放大器的設(shè)計
8.9.1概述
8.9.2電路的結(jié)構(gòu)與性能分析
8.10一種高線性度低噪聲下混頻器的設(shè)計
8.10.1概述
8.10.2電路的結(jié)構(gòu)與性能分析
8.10.3電路仿真結(jié)果分析
8.10.4接收機前端電路設(shè)計
第9章基帶發(fā)送鏈路關(guān)鍵模塊分析設(shè)計
9.1CRC
9.1.1CRC軟件設(shè)計電路
9.1.2CRC硬件設(shè)計電路
9.2發(fā)送鏈路編碼模塊
9.2.1TPP編碼器實現(xiàn)
9.2.2PIE編碼器實現(xiàn)
9.3脈沖整形
9.3.1升余弦滾降濾波器原理
9.3.2升余弦滾降濾波器設(shè)計
9.3.3濾波器電路實現(xiàn)
9.4希爾伯特濾波器
9.4.1SSB調(diào)制方式
9.4.2離散希爾伯特變換
9.4.3希爾伯特濾波器的電路設(shè)計
9.5頻率預搬移
9.5.1頻率預搬移的目的
9.5.2SSB基帶預搬移方案
9.5.3直接數(shù)字頻率合成器
9.5.4SSB頻率預搬移模塊的實現(xiàn)
9.5.5DDS電路實現(xiàn)
第10章基帶接收鏈路的關(guān)鍵模塊分析設(shè)計
10.1碼元同步和實現(xiàn)
10.2采樣
10.2.1降采樣波濾器
10.2.2降采樣濾波器組
10.2.3CIC濾波器
10.2.4多級CIC濾波器實現(xiàn)
10.2.5半帶濾波器
10.2.6半帶濾波器的實現(xiàn)
10.3FIR低通濾波器
10.4接收功率計算
10.4.1CORDIC算法介紹
10.4.2CORDIC算法的應用
10.4.3接收功率計算模塊實現(xiàn)
10.5碼元同步分析和設(shè)計
10.5.1碼元同步模塊分析
10.5.2碼元同步模塊設(shè)計
10.5.3碼元同步模塊仿真
10.6解碼器
10.6.1FM0解碼
10.6.2Miller解碼
10.7碰撞判定
10.8接收CRC校驗
第11章基帶自干擾信號抑制及LNA方案設(shè)計
11.1問題的提出
11.2自干擾信號產(chǎn)生機理和對接收性能的影響
11.2.1自干擾信號的產(chǎn)生
11.2.2自干擾信號對接收電路的影響
11.3基帶自干擾信號抑制技術(shù)設(shè)計
11.3.1聯(lián)合抑制方案設(shè)計
11.3.2基于自適應濾波器的基帶自干擾信號抑制方案設(shè)計
11.3.3自適應濾波器設(shè)計
11.4基帶自干擾抑制設(shè)計
11.4.1基帶自干擾信號模型
11.4.2等效基帶仿真
11.5讀寫器中的LNA方案設(shè)計
第12章UHF RFID讀寫器芯片中關(guān)鍵功能電路設(shè)計
12.1DAC基本工作原理
12.2DAC關(guān)鍵性能指標分析
12.3DAC典型案例分析
12.3.1電壓型數(shù)模轉(zhuǎn)換器
12.3.2電荷型數(shù)模轉(zhuǎn)換器
12.3.3電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器
12.3.4電流分段型數(shù)模轉(zhuǎn)換器
12.4低壓差線性穩(wěn)壓器的基本結(jié)構(gòu)
12.4.1低壓差線性穩(wěn)壓器基本工作原理
12.4.2低壓差線性穩(wěn)壓器的性能參數(shù)
12.512位DAC建模與誤差分析
12.5.1DAC架構(gòu)選擇
12.5.2DAC分段方式確定
12.5.3DAC理想模型與仿真
12.6DAC誤差建模分析
12.6.1梯度誤差
12.6.2電流源失配誤差
12.6.3輸出阻抗不理想造成的誤差
12.7DAC系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
12.7.1DAC系統(tǒng)設(shè)計
12.7.2DAC關(guān)鍵數(shù)字模塊設(shè)計與仿真
12.7.3DAC關(guān)鍵模擬模塊設(shè)計與仿真
12.7.4DAC版圖設(shè)計
12.7.5DAC整體設(shè)計與仿真
第13章讀寫器軟件系統(tǒng)分析和設(shè)計
13.1概述
13.2需求分析
13.2.1面向讀寫器的需求分析
13.2.2面向上層軟件的需求分析
13.3上層軟件的構(gòu)造和設(shè)計
13.3.1標簽控件的設(shè)計
13.3.2互鎖式組合框控件設(shè)計
13.4上層軟件架構(gòu)和界面設(shè)計
13.4.1上層軟件架構(gòu)
13.4.2上層軟件界面設(shè)計
13.5底層軟件的構(gòu)造和設(shè)計
13.5.1底層軟件開發(fā)平臺
13.5.2C/OSⅡ和Linux操作系統(tǒng)
13.6底層軟件方案設(shè)計與實現(xiàn)
13.6.1底層軟件流程
13.6.2事件驅(qū)動設(shè)計
13.7協(xié)議處理模塊分析與設(shè)計
13.7.1協(xié)議的層次劃分
13.7.2物理層分析與設(shè)計
13.7.3標簽識別層分析與設(shè)計
13.8主程序和協(xié)議處理程序軟件設(shè)計
13.9相關(guān)軟件設(shè)計方法
13.9.1RTL設(shè)計方法
13.9.2通用分立器件平臺
13.9.3空中接口協(xié)議流程
13.10讀寫器協(xié)議工作流程和軟件結(jié)構(gòu)
第14章防碰撞算法
14.1ISO/IEC 180006C協(xié)議防碰撞算法
14.1.1本設(shè)計提出的FIFA算法
14.1.2仿真結(jié)果分析
14.2GB/T 297682013防碰撞算法
14.2.1BBS算法的識別效率
14.2.2仿真分析
14.2.3BBS算法優(yōu)化
參考文獻
書單推薦
