目前符合EPC Gen2[1]協議的電子標簽基本都是無源標簽，工作所需能量來自讀寫器發送的射頻信號，即波束供電。因此工作距離、存儲容量等受到能量來源的限制。為了彌補無源標簽的不足，本次研究提出了有源RFID電子標簽的設計方案。

1 UHF RFID電子標簽工作原理
    讀寫器在發送完控制命令后，會一直發送空載波CW，標簽通過反向散射調制的方式將回傳的信息調制到CW上。該方式通過改變標簽天線的負載阻抗來實現[2]。通常，一種阻抗處于失配狀態，另一種阻抗處于匹配狀態，通過基帶電路控制“阻抗開關”來完成信號“1”和“0”的傳輸[3]。
2 電子標簽的硬件電路設計
    電子標簽包含射頻反射電路、射頻接收電路和基帶控制電路，如圖1所示。

2.1 射頻反射電路設計
    電子標簽通過射頻開關改變天線的負載阻抗來實現反向散射調制。在不同負載阻抗下，天線的雷達截面RCS也不一樣。參考文獻[4]指出，匹配時的RCS0與失配時的RCS1之差的絕對值ΔRCS越大，反射的誤碼率越低。如式(1)：
    
可取得最大值。為了達到上述目的，將射頻開關的一端接匹配負載，另一端懸空。
2.2 射頻接收電路設計
    射頻接收電路由低噪放微帶線移相電路、包絡檢波電路、低通濾波電路、差分放大器和電壓比較器構成。信號首先經過低噪放放大；然后進入50 Ω微帶線產生兩路正交信號；接著由包絡檢波并通過低通濾波器將高頻成分濾除即可得到兩路基帶信號。經過差分放大器和電壓比較器后可得到PIE編碼波形。
3 UHF RFID電子標簽基帶程序設計
    基帶程序主要包括接收模塊、主狀態機和發送模塊。
3.1 接收模塊設計
    如圖2所示，PIE解碼狀態機定義了如下7種狀態：
    (1)S_idle狀態：解碼開始或結束時，解碼狀態機處于S_idle狀態。
    (2)S_delim狀態：判斷delim(間隔符)低電平持續時間是否滿足12.5 ?滋s±5%。
    (3)S_data0狀態：測量Tari的時間長度。
    (4)S_rtcal狀態：判斷RTcal時間長度是否滿足2.5Tari≤RTcal≤3.0Tari。
    (5)Trcal_or_work_h狀態：判斷TRcal時間長度是否滿足1.1RTcal≤TRcal≤3.0RTcal。
    (6)S_work_h狀態：記錄高電平持續時間。
    (7)S_work_l狀態：在信號上升沿判斷數據是0或1。

3.2 主狀態機設計
    主狀態機實現EPC Gen2協議規定的7種狀態：Ready、Arbitrate、Reply、Acknowledged、Open、Secured與Kill。根據所處狀態調用相關功能模塊，常見的操作有讀寫存儲器、使能發送模塊應答讀寫器等。
3.3 發送模塊設計
    FM0編碼狀態機如圖3所示，其定義了如下7種狀態：
    (1)S_idle狀態：編碼器起始狀態。
    (2)S_pilot狀態：添加導頻音。
    (3)S_sync狀態：添加前同步碼“00101011”此處“V”由數據1代替。
    (4)S1狀態：輸出11。
    (5)S2狀態：輸出10。
    (6)S3狀態：輸出01。
    (7)S4狀態：輸出00。

    (1)S_idle狀態：編碼器起始狀態。
    (2)S_pilot狀態：添加導頻音。
    (3)S_sync狀態：添加前同步碼“010111”。
    (4)S1狀態：M=2時輸出1010，M=4時輸出10101010，M=8時輸出1010101010101010。
    (5)S2狀態：M=2時輸出1001，M=4時輸出10100101，M=8時輸出1010101001010101。
    (6)S3狀態：M=2時輸出0110，M=4時輸出01011010，M=8時輸出0101010110101010。
    (7)S4狀態：M=2時輸出0101，M=4時輸出01010101，M=8時輸出0101010101010101。
4 UHF RFID電子標簽測試結果
    標簽實物如圖5所示。

    讀寫器讀取標簽的EPC、TID、USER 3個存儲區的數據后傳到上位機程序，所得的測試結果如圖6所示。

    本文采用Cyclone系列芯片EP1C3T100C6及相關射頻芯片，設計了一種符合EPC Gen2協議的有源電子標簽。測試結果表明電子標簽工作性能穩定。板級電子標簽的設計為標簽的芯片設計提供了可靠的保證，降低了流片的風險。
參考文獻
[1] EPC global Inc．EPCTM radio-frequency identity protocols  Class-l Gen-2 UHF RFID protocol for communications at 860 MHz～960 MHz[S].Lawrenceville：EPC Global Inc，2004．
[2] STEWART J T，WHEELER E，TEIZER J，et al.Quadrature  amplitude modulated backscatter in passive and semipassive UHF RFID systems[J].IEEE Transactions on Microwave  Theory and Techniques，2012，60(4)：1175-1182.
[3] NIKITIN P V，SESHAGIRI K V R，LAM S F，et al.Power reflection coefficient analysis for complex impedances in  RFID tag design[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2005，53(9)：2721-2724.
[4] 李兵，何怡剛，佘開，等.基于雷達截面差值的標簽通信誤碼率分析與測量[J].儀器儀表學報，2010(31)：2815-2819.