1、電子標(biāo)簽天線的特殊性
RFID系統(tǒng)電子標(biāo)簽要求小尺寸、低剖面以及低成本等，使得天線的設(shè)計(jì)具有一定的特殊性。以工作在860～960 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz頻段為例，標(biāo)簽天線具有以下特性。
天線的物理尺寸小。標(biāo)簽的物理尺寸電子標(biāo)簽芯片對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼等各種處理，并對(duì)標(biāo)簽需要返回的信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制等處理。電子標(biāo)簽的芯片很小，厚度一般不超過(guò)0.35 mm。
1. 芯片組成
不同頻段電子標(biāo)簽芯片的結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似，如圖5-9所示，一般包含射頻前端/模擬前端、CPU或邏輯控制單元、存儲(chǔ)器等模塊。射頻前端主要用于對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行整流和反向調(diào)制；CPU主要用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編/解碼及防碰撞協(xié)議的處理等；存儲(chǔ)器用于信息存儲(chǔ)，包含RAM、EEPROM等。
射頻前端從標(biāo)簽天線吸收電流，在整流穩(wěn)壓處理后作為電源供給芯片工作。射頻前端的設(shè)計(jì)必須綜合考慮本身與天線的匹配問(wèn)題、功率和電壓的效率問(wèn)題，以及對(duì)來(lái)自讀寫(xiě)器的不同數(shù)據(jù)調(diào)制的兼容性問(wèn)題。為了增加標(biāo)簽的有效工作距離，可以提升輸入的電流電壓。
微處理器用來(lái)進(jìn)行對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理和運(yùn)算，如對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作等。程序模塊是以代碼的形式寫(xiě)入ROM的，并在芯片生產(chǎn)階段已寫(xiě)入芯片之中。對(duì)于基帶信號(hào)的編碼（數(shù)字調(diào)制），常用的編碼方法有以下幾種：NRZ（反向不歸零）編碼、曼徹斯特（Manchester）編碼、單極歸零制（Unipolar）編碼、密勒（Miller）編碼等。
標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的數(shù)據(jù)是以0、1兩種狀態(tài)出現(xiàn)的，以電脈沖信號(hào)呈現(xiàn)的方波形式表示，其所占據(jù)的頻帶為直流或低頻，稱為基帶信號(hào)，接觸式IC卡傳輸?shù)木褪沁@種信號(hào)。在電子標(biāo)簽中，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過(guò)高頻信號(hào)調(diào)制才能傳輸，該高頻信號(hào)稱之為載波。在發(fā)送端，將基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制。在接收端，將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)。
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐贩Q為射頻接口。
2. 電子標(biāo)簽芯片的射頻前端
射頻前端通常屬于電子標(biāo)簽芯片的一部分，連接電子標(biāo)簽天線與芯片數(shù)字電路部分。芯片中邏輯控制單元傳出的數(shù)據(jù)只有經(jīng)過(guò)射頻前端的調(diào)制以后，才能加載到天線上，成為天線可以傳輸?shù)纳漕l信號(hào)；解調(diào)單元負(fù)責(zé)將經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)加以解調(diào)，獲得最初的信號(hào)；電壓調(diào)節(jié)單元主要用來(lái)將從讀寫(xiě)器接收過(guò)來(lái)的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為電源，通過(guò)穩(wěn)壓電路確保穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
圖是按照915 MHz的RFID電子標(biāo)簽的要求設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽的功能結(jié)構(gòu)圖，射頻接口部分主要由接收部分、發(fā)送部分和公共電路部分組成。
（1）接收部分。接收部分的主要功能是將天線上接收到的幅度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從中恢復(fù)出數(shù)字基帶信號(hào)，再送到控制部分進(jìn)行解碼處理。接收部分主要由包絡(luò)產(chǎn)生電路和檢波電路組成。包絡(luò)產(chǎn)生電路的主要功能是對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波，把信號(hào)從頻帶搬移到基帶，包絡(luò)產(chǎn)生電路主要由非線性元件和低通濾波器組成。檢波電路主要由帶通濾波器和電壓比較器組成。經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后，信號(hào)一般還會(huì)存在高頻成分，所以還需進(jìn)行帶通濾波，把載波徹底濾除，使信號(hào)曲線變得“光滑”，然后濾波后的信號(hào)再通過(guò)電壓比較器，從而恢復(fù)原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。
（2）發(fā)送部分。發(fā)送部分的主要功能是將經(jīng)控制部分處理后的數(shù)字編碼信號(hào)進(jìn)行ASK幅度調(diào)制，放大后送到天線端，然后發(fā)送給讀寫(xiě)器。它主要由ASK調(diào)制電路和放大器組成。
當(dāng)電子標(biāo)簽向讀寫(xiě)設(shè)備傳輸信息時(shí)，其編/解碼電路將編碼后的數(shù)據(jù)送到射頻接口，調(diào)制電路進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行ASK調(diào)制。ASK的反向調(diào)制采用負(fù)載調(diào)制，即通過(guò)改變天線負(fù)載的大小來(lái)改變發(fā)送信號(hào)幅度的強(qiáng)弱，將數(shù)字信號(hào)接入一個(gè)非線性元件電路，其高低電平的交替變化可以控制并聯(lián)負(fù)載在電路中的接通或斷開(kāi)，從而改變天線負(fù)載的大小對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度調(diào)制。但由于調(diào)制好的ASK信號(hào)功率較小，不能滿足傳輸要求，所以要對(duì)ASK信號(hào)進(jìn)行功率放大后再送到天線發(fā)射端發(fā)給讀寫(xiě)器。
（3）公共電路部分。公共電路部分包括電源產(chǎn)生電路、限幅電路及復(fù)位電路等。
由于天線兩端從射頻場(chǎng)中感應(yīng)到的是一個(gè)交變的信號(hào)（交變電壓源），故需要一個(gè)整流濾波電路將其轉(zhuǎn)化為直流電源。由于電子標(biāo)簽內(nèi)電路除了要求電源電壓是直流源之外，還要求工作電壓
必須不能高過(guò)MOS管、三極管等器件的擊穿電壓，否則會(huì)導(dǎo)致器件損壞。單靠整流濾波電路不能使天線兩端的電壓變?yōu)榉弦蟮碾妷褐?，因此需要引入限幅模塊。
復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生電路的功能分為兩種：上電復(fù)位和下電復(fù)位。首先，要為電壓設(shè)置一個(gè)參考值，這個(gè)值一般為電路穩(wěn)定工作的電壓值，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，若仍小于參考值，則復(fù)位信號(hào)仍然為低電平；若電源電壓升高至大于參考值，復(fù)位信號(hào)則跳變?yōu)楦唠娖?。這就是上電復(fù)位信號(hào)，它為數(shù)字部分電路設(shè)置了初始值，從而避免出現(xiàn)邏輯混亂，同時(shí)它還可以給整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)間，保證天線兩端耦合到的能量已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)電源電壓降低時(shí)，若大于參考值，則復(fù)位信號(hào)為高；若降低至小于參考值，則電源信號(hào)跳變?yōu)榈?，這就是下電復(fù)位信號(hào)，它是針對(duì)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的意外情況（如操作時(shí)突然掉電）而采取的保護(hù)措施。
3. 電子標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在多種頻段都實(shí)現(xiàn)了電子標(biāo)簽芯片的批量生產(chǎn)，無(wú)源微波電子標(biāo)簽的工作距離可以超過(guò)1 m，無(wú)源超高頻電子標(biāo)簽的工作距離可以達(dá)到5 m以上，模擬前端多采用了低功耗技術(shù)，功耗可以做到幾毫瓦，批量成本接近10美分。
我國(guó)在低頻和高頻電子標(biāo)簽芯片設(shè)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)比較成熟，已經(jīng)自主開(kāi)發(fā)出符合ISO/IEC 14443 A類(lèi)、B類(lèi)和ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片，并成功地應(yīng)用于交通一卡通和中國(guó)第二代身份證等項(xiàng)目。
與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)在RFID芯片設(shè)計(jì)方面仍存在的主要差距如下。
（1）國(guó)外在RFID芯片設(shè)計(jì)方面起步較早，并申請(qǐng)了許多技術(shù)專(zhuān)利；而國(guó)內(nèi)起步較晚，在超高頻和微波頻段的RFID芯片設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)還比較薄弱。
（2）在存儲(chǔ)器方面，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝設(shè)計(jì)非揮發(fā)存儲(chǔ)器，使得電子標(biāo)簽的所有模塊有可能在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝下制作完成，以降低生產(chǎn)成本；而國(guó)內(nèi)在這方面還處于研究階段。
（3）電子標(biāo)簽對(duì)成本比較敏感，芯片設(shè)計(jì)需要在模擬電路和數(shù)模混合電路設(shè)計(jì)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人才，而國(guó)內(nèi)這方面技術(shù)力量相對(duì)薄弱。
