《一种 UHF 及微波段 RFID 标签芯片的研究与应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种 UHF 及微波段 RFID 标签芯片的研究与应用.docx（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一种UHF及微波段RFID标签芯片的研究与应用1UCODEHSL的性能概述UCODEHSL芯片是皇家飞利浦电子集团（Philips）推出新一代供应链管理应用RFID半导体产品。能为所有主要的供应链与运筹管理应用提供RFID解决方案。该无源Tag芯片的主要特性有：(1)射频特性：工作频率为UHF段的860MHz-960MHz和微波段的2.4GHz-2.5GHz；采用16位CRC校验；具有防冲突仲裁机制；在使用单边天线时，最大有效操作距离可达到8.4M。(2)存储单元：具有2048bits的存储空间（包括数据锁存标志位）；64bitsUID码，位于存储器的0-7字节单元；位于存储器8-223字节单
2、元的216bytes存储空间可供用户读写。(3)安全特性：64位的唯一产品序列号；每字节的写保护机制。(4)操作距离：基于该UCODEHSL的标签可达到的操作距离可以用以下公式计算:620)this.style.width=620;border=0其中，Rmax为最大的有效操作距离，EIRP为射频功率，GTAG为获取的Tag天线个数，为载波波长，PTAG为Tag需要的最小射频功率。在各个地区使用不同的标准规范情况下，不同工作频段和不同的发射功率可以得到差别很大的读写距离,其具体对照表格如表1。(5)空中接口标准与应用标准：空中接口技术规范包括信道频率和宽度、调制方式、功率和功率灵敏度以及数据结
3、构。UCODEHSL符合ISO18000-4(2.45GHz)、ISO18000-6 (860-930MHz)、ANSI/INCITS256-2001Part3和ANSI/INCITS256-2001Part4标准。在行业应用方面，符合HH20.8.4、AIAGB-11、EAN.UCCGTAG和ISO18185标准。表1各地区不同标准下的UCODEHSL读取距离理论值620)this.style.width=620;border=0注：最大的写入距离是其读取距离的702UCODEHSL芯片的内部结构UCODEHSL芯片结构分为三个主要部分：射频接口、控制中心和EEPROM存储器。如下图所示。6
4、20)this.style.width=620;border=0其中，射频接口部分有调制解调模块、天线接口和电源电路。调制解调模块完成对发送接收信号的调制解调；电源电路通过天线线圈接收到电压后给控制中心提供稳定的电压。控制中心由冲突检测、读写控制、存取控制、EEPROM接口控制和RF接口控制部分组成，主要负责处理与外部通信协议和与读写EEPROM。3数据处理机理620)this.style.width=620;border=03.1HSL工作状态流程UCODEHSL有三个主要的工作状态：准备状态(READY)、ID确认状态(ID)和数据交换状态(DATAEXCHANGE)。在典型的应用系统中，
5、基于HSL的Tag在进入Reader发射的电磁场后首先会被自动设置为READY状态；接受选择寻卡命令经过防冲撞机制进入ID状态；如果在ID状态下检测到选择读取命令，就会由ID状态转换到DATAEXCHANGE状态。在数据DATAEXCHANGE状态下，可以进行读写操作和数据锁存操作。其具体状态流程图如图2。3.2通讯协议(1)下行数据编码(ForwardLink)下行数据是指Tag接收到的从Reader发送过来的数据。在下行数据中，每帧的开头都包含有包头检测(PREAMBLE_DETECT)、数据包头(PREAMBLE)和开始标识符(STARTDELIMITER)三部分，它们均采用NRZ编码；
6、数据帧包含其他数据如命令字、地址字和CRC-16校验字均采用Manchester编码，其数据的传输带宽是NRZ编码的两倍。采用18%和100%两种ASK调制信号，波特率为840kBits/s。下行数据的包头字为18bits二进制数据：010101010101010101，而开始标识符在返回数据波特率为接收时的1倍时，定义为1100111010，为4倍时定义为11011100101。数据的帧格式如下图。620)this.style.width=620;border=0(2)上行数据编码(ReturnLink)上行数据是指Tag发送到Reader的数据。上行数据帧的开头都包含有休眠和返回包头字节部
7、分，与下行数据一样，上行数据的头部数据都采用NRZ编码，不同的是，上行数据帧的返回数据字和CRC-16校验字均采用FM0编码，这种编码即在比特时间边缘均发生电平跳变，若每比特时间中间发生电平跳变则代表数据0，否则代表数据1。其数据的传输带宽是NRZ编码的两倍。返回数据的包头字定义为32bits二进制数据：00000101010101010101000110110001。其帧格式如下图。620)this.style.width=620;border=03.3数据的完整性传输数据的完整性是RFID研究的热点问题之一。传输数据的错误有两种：调制编码错误和CRC校验错误。这两种错误均可以导致命令不能被
8、Tag或者Reader识别。在CRC校验出现错误后，HSL会返回到READY状态；如果出现编码错误，当检测到有效的开始标识符后HSL会自动返回到READY状态，否则保持原来状态。循环冗余码校验(CyclicalRedundancyCheck,CRC)检错能力强，容易实现，是目前应用最广的检错码编码方式之一。在HSL中CRC检验的实现是选取CRC-16码校验，符合CRC-CCIT标准，约定的生成多项式G(x)=X16+X12+X5+1。HSL在生成CRC校验码时，首先会把所有的CRC寄存器初始化为FFFFh；然后将数据的第一个8-bit字符与16位CRC寄存器的低8位进行异或，并把结果存入CRC
9、寄存器；再把CRC寄存器向右移一位，MSB补零，移出并检查LSB；如果LSB为0，重复上一步；若LSB为1，CRC寄存器与多项式码相异或；重复上两步直到8次移位全部完成。此时一个8-bit数据处理完毕，重复直到所有数据全部处理完成，最终CRC寄存器的内容即为CRC值。3.4基本命令及代码基于HSL的Tag通过执行一系列由Reader发出的命令，在三个状态(READY、ID、DATAEXCHANGE)间切换，并完成防碰撞、EEPROM的数据读写等操作。HSL的基本命令字及其代码如下表。620)this.style.width=620;border=04典型应用基于UCODEHSL的RFID电子标
10、签可以封装于PVC、PET、PP、不干胶纸等多种介质内，具有优异的物理特性及强大的信息管理和防伪功能。Philips的UCODEHSL标签芯片是专门面向无源式智能型标签所设计的芯片，与有源主动式电子标签相比，它的体积小，成本低，不用电池，可永久性使用，使用寿命长，应用在如电子不停车收费系统(ETC)中，无需经常更换标签，为系统的实施减少了投入，可靠性强，优势明显。它除了射频接口可以进行高速双向数据传输之外，还有先进的防冲突与冲突仲裁技术，可在同一时间读写多个标签，非常适合于长距离的应用,如在供应链管理和物流应用领域的集装箱和货箱的跟踪上，每秒可阅读50个标签。把UCODEHSL用于海关进出车辆
11、自动识别管理系统上，利用RFID技术对附有Tag标签的通行车辆进行自动识别,能有效地提高闸口通行效率并对各种过关车辆进行追踪管理。其具体的工作过程是：当车辆或集装箱车进入通道，Tag芯片被入口的Reader感应圈激活，在7-10米的距离和0.5秒内，不接触即可读出汽车电子标识内容。在动态行驶或静态的状况下，Reader与车辆上安装的UCODEHSL电子车牌进行短程微波无线通信，采集车辆标识卡中所存储的信息，对车辆或集装箱法定身份进行有效性检验。当离开监测区，出口感应圈检测到车辆时，清除车辆显示器（选件），关闭自动栏杆（选件），将出入车辆数据提交到信息管理系统。其系统图如下：620)this.s
12、tyle.width=620;border=0该系统中所用的HSL标签参数如下：工作模式：R/W（读写），无源存储容量：64位ID号工作频率：902928MHz符合标准：FCC1美国国家标准读写距离远：010米(与不同的天线相配套)工作温度：-20+70适应速度：<60km/h安装方式：空气介质中使用应用特点：具有防碰撞功能，适合单标签、多标签识别，移动状态标签的识别采用该基于UCODEHSL的电子车牌后，提高了通关速度，缓解了口岸海关的通关压力，帮助解决了公路口岸长期存在的“瓶颈堵塞问题，从而提高了通关效率。5结束语UCODEHSL是Philips首款在UHF和2.45GHz范围内的UCODE集成电路产品。通过研究无源电子标签，将之应用于海关进出车辆自动识别管理系统上，创新点在于：成功的解决了标签寿命、读写距离、防冲突等的关键技术问题。实践证明：基于该标签的系统应用于供应链管理、资产管理、集装箱识别、栈板追踪等RFID领域，起到了显著的效果。（文/广东工业大学程良伦刘学钢）1