射頻識別技術已被應用到許多領域，如護照、交通運輸、產品追蹤、汽車以及動物識別等。射頻識別即RFID(RadioFrequencyIDentification)技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。射頻識別技術(RadioFrequencyIdentification，縮寫RFID)，射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于特種探測目標的空間耦合模型(特種發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回特種接收機)。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的利用反射功率的通信奠定了射頻識別技術的理論基礎。

由于RFID標簽芯片及其控制器要求具有低成本、低功耗的特性，目前含義RFID產品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內的符合不同標準的不同的產品，而且不同頻段的RFID產品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式，因此本文提出一種符合ISO18000-6B協(xié)議，并滿足低成本、低功耗要求的高頻RFID標簽芯片數(shù)字基帶處理器的設計。

1數(shù)字系統(tǒng)結構圖

根據(jù)ISO18000-6B協(xié)議，從閱讀器到應答器的數(shù)據(jù)傳送通過對載波的幅度調制(ASK)完成，數(shù)據(jù)編碼為通過生成脈沖創(chuàng)建的曼徹斯特碼編碼，速率為40kb/s;標簽返回給閱讀器的數(shù)據(jù)通過FM0編碼調制后發(fā)送至模擬前端，經由天線發(fā)送至閱讀器。

所設計的數(shù)字系統(tǒng)結構圖如圖1所示，重要完成以下功能：(1)對前向鏈路解調輸出信號進行曼徹斯特碼解碼，給出解碼輸出時鐘，解析出再同步信號;(2)對解碼出的數(shù)據(jù)進行CRC校驗，確認數(shù)據(jù)傳輸和標簽解調的正確性，并且同時對解碼輸出數(shù)據(jù)進行串并轉換，以及解析出正確的命令;(3)根據(jù)ISO18000-6B協(xié)議的全部功能要求對接收的指令進行正確處理;(4)根據(jù)協(xié)議的要求對存儲器進行正確讀寫操作;(5)對處理完畢的數(shù)據(jù)進行組織，生成CRC校驗碼;(6)對回送數(shù)據(jù)進行FMO編碼，回送給射頻模擬前端進行調制。

在設計中，有限狀態(tài)機的設計是數(shù)字部分設計的核心，其功能是協(xié)調模塊之間數(shù)據(jù)與信號交互、處理接收到的指令及其相應的數(shù)據(jù)、轉換自身狀態(tài)、執(zhí)行對碰撞計數(shù)器和靜默計數(shù)器的操作、執(zhí)行對存儲器的讀寫存儲操作、規(guī)定反向散射標簽的64位UID以及MTp存儲器內容，并和外圍模塊電路一起構成防碰撞電路，實現(xiàn)防碰撞算法。

2低功耗設計

電路中耗散的能量可以分為靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。形成靜態(tài)功耗的重要原因是晶體管中從源極到漏極的亞閾值泄漏，就是指閾值電壓的降低阻止了柵的關閉。動態(tài)功耗分為開關功耗和內部功耗。開關功耗是由于器件輸出端的負載電容的充放電引起的。

數(shù)字部分實現(xiàn)低功耗，可以從系統(tǒng)級和RTL代碼級兩方面考慮。本設計中采取降低功耗的有效措施包括：降低電源電壓，降低時鐘頻率，門控時鐘技術，組織模塊的設計方法。

2.1同步化不同時鐘的設計方法

當系統(tǒng)中有兩個或兩個以上不同時鐘時，數(shù)據(jù)的建立和保持時間很難得到保證，會面對復雜的時間問題。最好的方法是將不同的時鐘同步化，由于標簽數(shù)字基帶電路中的編碼器設計中要編碼輸入時鐘160kHz和編碼輸出時鐘320kHz，所以不同的觸發(fā)器使用不同的時鐘。為了系統(tǒng)穩(wěn)定，用系統(tǒng)時鐘1.28MHz將160kHz和320kHz時鐘同步化，如圖2所示。1.28MHz的高頻時鐘將作為系統(tǒng)時鐘，輸入到所有觸發(fā)器的時鐘端。160MHz_EN和320MHz_EN將控制所有觸發(fā)器的使能端。即原來接160MHz時鐘的觸發(fā)器，接1.28MHz時鐘，同時160MHz_EN將控制該觸發(fā)器使能，原接320MHz時鐘的觸發(fā)器，也接1.28MHz時鐘，同時320MHz_EN將控制該觸發(fā)器使能。

2.2降低電源電壓

動態(tài)功耗和電源電壓的平方成正比，故降低電源電壓是減少功耗的有效辦法，但是降低供電電壓，會帶來很多副用途：首先，降低供電電壓，會導致速度下降，減小電容充放電的電流或負載驅動電流;其次，會導致較低的輸出功率或較低的信號幅度，從而出現(xiàn)噪聲和信號衰減的問題。研究表明：降低閥值電壓，可以使得動態(tài)功耗減少，但會增大靜態(tài)功耗。