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1 电子标签及其系统结构
1．1 电子标签
RFID系统主要由3部分组成：电子标签、天线、阅读器(如图1所示)。
电子标签(Tag，应答器)由耦合元件及芯片组成，是射频识别系统真正的数据载体，放在需要识别的物体上，存储目标信息如功能特性、性能指标等。阅读器(Reader)是读取电子标签信息的设备，包括高频模块(发送接收器)、控制模块、以及与应答器连接的耦合元件(收发天线)。天线在应答器和阅读器间传递射频信号，应答器和阅读器之间采用无线通信方式。
RFID电子标签种类很多，分类方式多样，按供电方式可分为有源和无源电子标签；按载波频率可分为低频(125 kHz和134．2 kHz)、高频(13．56 MHz)、超高频(860～960 MHz)，以及微波电子标签(2．45 GHz以上)；按作用距离可分为密耦合(<1 cm)、近耦合(<15 cm)、疏耦合(<1 m)，和远距离(1～10 m)四种。在此研究的是基于ISO／IEC 15693标准的高频疏耦合无源电子标签，提出了其低功耗、低成本实现结构，探讨了各个功能模块的优化设计。
1．2 电子标签系统结构
电子标签芯片可划分为谐振回路、射频接口电路、数字控制和数据存储体4部分，其内部结构如图2所示。
谐振回路是电子标签与外界的通信接口，它耦合阅读器天线产生的磁场信号，为电子标签提供能量和数据。射频接口将外接天线和内部数字控制电路、E2PROM数据存储体联系起来，射频接口电路接收天线耦合的阅读器信号，使内部电路从中获得能量、时序和数据。数字控制电路主要包括状态机、译码编码、加密校验、防冲突等模块，实现命令编解码、数据校验，完成对射频接口、数据存储体的控制操作，完成协议所要求的功能。数据存储体采用E2RPOM，实现对用户数据的存放，可以根据具体要求进行读／写操作。
2 射频接口电路设计
射频接口电路包括电源产生电路、调制解调电路、时钟产生电路和复位电路。结构如图3所示。
电源产生电路 是射频接口电路部分的最关键技术，它从阅读器所发射的电磁波中提取电源电压，给电子标签芯片内各个部分电路提供工作时所需要的能量，成功地解决了电子标签内电路正常工作所需要的电源电压问题。主要由电感谐振网络、全波整流电路、限幅稳幅电路和稳压调节电路组成。整流出的直流电压幅度抖动仍较大，需要再进行稳压和限幅，才能提供给内部电路使用。设计中采用串联稳压、融合并联分流限幅、低压检测复位等关键技术实现，结构原理见图4。
调制解调电路 电子标签通过将要发送的信号调制向阅读器发出的载波信号上或者解调阅读器发来的信号完成与阅读器的通信。ISO／IEC 15693协议规定了阅读器到电子标签的数据传输采用ASK调制方式，调制系数为10％和100％；电子标签到阅读器的数据传输采用负载调制方式。当阅读器采用100％ASK调制方式，由于调制模式的特殊性，电磁场能量中间有中断；采用10％ASK调制方式，电磁场能量连续传送。调制方式与射频识别系统的读写距离相关，一般情况下近距离工作时优先采用100％ASK调制方式，远距离工作时优先采用10% ASK调制方式。
时钟提取和复位电路 电子标签与阅读器能够正常通信，依赖于电子标签上的时钟能够和阅读器上的时钟实现同步。从载波中提取出时序，以保证通信的可靠性，对提取出的时钟进行分频，按照数字部分的工作要求提供合适的分频时钟，完成对解调出的信号进行预处理等功能。复位电路有上电复位和下电复位2种，上电复位是当电子标签获得足够的能量开始工作时，将卡内时序电路设定为一个合适的初始状态，以防止出现逻辑混乱。下电复位则是为系统有可能出现的意外情况而采取的一种保护措施。
3 数字控制电路设计
数字控制电路是整个芯片的重要的功能模块，它接收来自射频接口电路的解调后的信号以及13．56 MHz的时钟信号．对解调信号解码并进行处理。在数字控制电路的控制下，对E2PROM进行读写操作，并对返回数据进行编码后送人射频接口电路。数字控制电路系统由收发控制模块(编解码子模块、CRC子模块和移位寄存器)、映射模块、状态机等组成。整个数字控制电路结构框图如图5所示。
收发控制模块完成对模拟电路接收并处理过的数据进行解码或者把要发送的数据进行编码，同样为了保证数据的正确性，对接收到的数据进行CRC校验。状态机只负责处理数据和执行通信协议，数据和命令的分离以及相应状态下数据存放位置的确定则由映射模块完成，映射模块的功能就是实现接收到的存放在移位寄存器中的数据、状态机以及E2PROM中的数据映射。
3．1 收发控制模块设计
收发控制模块主要实现对数据接收和发送功能，由编解码子模块、CRC子模块和移位寄存器等组成。还包括一些延时单元，它们将负责对接收数据去起止位，保证状态机收到的数据是没有其他冗余位的数据，同时，延时单元也负责为发送数据添加起始位，保证读写设备能够正确接收数据。编解码子模块由PPM(脉冲位置编码)解码模块和曼彻斯特编码模块组成，PPM解码模块完成对解调后的数据进行解码，曼彻斯特编码模块实现对发送数据的编码；移位寄存器用来存储解码后的数据和将要发送的数据；CRC子模块完成对接收数据的校验，同时也为电子标签需要发送的数据生成校验码。
编解码模块 根据ISO／IEC15693协议，电子标签到阅读器的数据采用曼彻斯特编码，而从阅读器到电子标签的数据采用脉冲位置编码(PPM)。所以在芯片设计中需要包含曼彻斯特编码模块和PPM解码模块。在ISO/IEC15693协议中，曼彻斯特编码定义如下：在半个比特周期时的负边沿表示二进制‘1’，正边沿表示二进制‘O’。由于在调制模式选择时有单负载调制和双负载调制，因而在不同模式下定义有所不同。曼彻斯特编码过程比较容易实现，只需将时钟信号和数据信号进行异或即可实现此功能。由于信息的传输是以帧为单位的，要在数据前后分别加上SOF(起始位)和EOF(停止位)。
