智能卡技术中的基于FPGA的915MHz射频读卡器设计

射频识别(RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关信息。通常RFID系统主要由应用软件、射频卡以及读卡器三部分构成[1]。相对于低频段的RFID系统，工作在860 MHz～960 MHz的超高频段(UHF)RFID系统有着读取距离远、阅读速度快等优点，是目前国际上RFID技术发展的热点[2]。读卡器的设计是RFID系统设计中的关键部分，设计方案有很多种。FPGA[3]具有开发简单、静态可重复编程和动态在线编程的特点，已经成为当今应用最广泛的可编程专用集成电路。目前生产RFID产品的很多公司都使用自己的标准，可供射频卡使用的几种标准有ISO/IEC 11 种方案需要较高的射频设计能力，且调试复杂，而第二种方案可以简化硬件设计，因此这里采用了集成的无线射频收发模块。射频收发模块是读卡器的关键部分，它负责将FPGA处理后的数字信号转换为射频信号发送出去，并接收射频卡返回的信号，再转化为数字信号供FPGA解析。该模块通常包含调制解调器和功率放大器等组件，以确保信号的传输质量和距离。 915MHz射频读卡器设计的核心在于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的应用。FPGA因其可编程性和灵活性，常被用于各种定制化电路设计，特别是在RFID读卡器这种需要快速响应和高效处理的场合。在本设计中，FPGA执行ISO/IEC 18000-6 Type B协议规定的基带数据编解码任务，包括时钟分频、FIFO管理、曼彻斯特编码、CRC校验、FM0解码以及串并转换等功能。曼彻斯特编码用于确保信号的时钟和数据同步，而CRC校验则保证了数据传输的准确性。 MCU（Microcontroller Unit）和人机接口模块主要负责与FPGA的交互以及用户界面的管理。MCU在这里扮演了系统协调者的角色，不仅初始化FPGA，还处理与计算机、LCD、键盘等设备的数据交换。LCD用于显示系统状态和读取的卡片信息，PS/2键盘允许用户输入命令，UART接口则用于与外部设备通信，比如连接到电脑进行数据交换。此外，MCU还控制射频模块的工作模式，如发射功率和接收方式。 射频收发模块的选择对于系统的性能至关重要。尽管分立元件搭建射频电路可以提供更高的定制性，但集成的无线射频模块更便于实现，减少了设计难度。TR1000芯片可能被用于这一模块，它可以支持OOK（On-Off Keying）和ASK（Amplitude Shift Keying）调制方式，以适应不同的通信需求。 智能卡技术中的基于FPGA的915MHz射频读卡器设计结合了FPGA的灵活性、MCU的控制能力和集成射频模块的便利性，实现了高效、可靠的RFID读取功能。遵循ISO/IEC标准，该设计适用于多种应用场景，如物流追踪、资产管理、门禁控制等，展示了RFID技术在现代自动化和信息化领域的广泛应用潜力。