UHF RFID读写器数字基带系统的设计及其防冲突算法研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展，现代社会已经进入了一个信息时代，信息技术已经渗透到国民经济的各个领域。超高频射频识别（Ultra High Frequency RadioFrequency Identification, UHF RFID）技术是信息技术发展的产物之一，正改变着人们的日常生活。目前，UHF RFID技术在理论和实践上都有着迅速的发展，UHF RFID读写器的实现问题也随之成为众多学者研究的热点。通过阅读大量文献，发现传统的UHF RFID读写器中数字基带模块的实现大多采用分立元件，这不符合UHF RFID读写器集成化发展的趋势。针对此问题，本文设计了一种UHF RFID读写器数字基带芯片。此外，UHF RFID系统中还存在标签冲突问题，严重影响了读写器的读写速度和系统的识别效率，为此，提出了一种高效的标签识别防冲突算法。本文的主要工作及创新如下：（1）设计了一种符合ISO/IEC18000-6B协议标准的UHF RFID读写器数字基带芯片。在深入研究了ISO/IEC18000-6B协议的基础上，对整个基带系统进行了模块划分，提出了UHF RFID读写器数字基带系统的设计框架，并对基带系统中控制模块的实现以及编解码模块、CRC校验模块等设计内容进行了重点阐述。在此基础上，基于Chartered0.18μm工艺，采用Synopsys DC工具对所做设计进行了前端综合，使用Soc Encounter工具完成了后端物理设计，并通过Calire工具进行了物理验证，最终得到了数字基带芯片的版图。（2）提出了一种改进型标签识别防冲突算法。该算法利用位冲突检测机制，有效地降低了碰撞的概率；并采用堆栈原理，避免了识别过程中每次从树根部进行识别的不足，降低了请求次数，提高了识别效率；利用该算法可准确地判断出每一冲突位，在标签响应时仅需要发送冲突位上的数据，可降低标签返回的数据量；最后利用Micosoft VC6.0仿真软件对所提算法做了详细仿真，验证了所提出的防冲突算法的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 RFID 技术
• 1.3 UHF RFID 系统国内外发展动态
• 1.4 UHF RFID 读写器的功能
• 1.5 UHF RFID 读写器数字基带实现技术研究现状
• 1.5.1 读写器数字基带部分的组成及功能
• 1.5.2 读写器数字基带模块实现方法的现状
• 1.6 本论文研究的目的和意义
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 1.7.1 设计了一种 UHF RFID 读写器数字基带芯片
• 1.7.2 提出了一种改进型的 RFID 标签识别防冲突算法
• 1.8 本文的结构安排
• 第2章 RFID 系统的协议标准
• 2.1 引言
• 2.2 RFID 技术标准的体系组织
• 2.3 UHF RFID 协议标准的发展
• 2.3.1 UHF RFID 技术标准的发展历程
• 2.3.2 ISO/IEC 18000-6 协议概述
• 2.3.3 ISO/IEC 18000-6A 协议概述
• 2.4 ISO/IEC 18000-6B 协议
• 2.4.1 上行链路
• 2.4.2 下行链路
• 2.4.3 标签状态转换
• 2.4.4 防冲突机制
• 2.5 小结
• 第3章 UHF RFID 读写器基带芯片的设计
• 3.1 引言
• 3.2 集成电路的分类
• 3.3 读写器基带芯片主要模块的设计与实现
• 3.3.1 基带系统的整体设计框架
• 3.3.2 工作过程的描述
• 3.3.3 控制模块的实现
• 3.3.4 Manchester 编码模块的设计
• 3.3.5 FM0 解码模块的设计
• 3.3.6 CRC 模块的设计
• 3.3.7 防冲突机制的设计
• 3.4 小结
• 第4章 基带芯片的时序综合及后端物理设计
• 4.1 引言
• 4.2 基带芯片的时序综合
• 4.2.1 综合工具的使用
• 4.2.2 综合中的设计约束
• 4.2.3 前端时序分析
• 4.2.4 形式验证
• 4.3 基带芯片的后端物理设计
• 4.3.1 设计文件输入
• 4.3.2 布局布线
• 4.3.3 时钟树综合
• 4.3.4 后端时序分析
• 4.3.5 物理验证
• 4.4 基带芯片的版图
• 4.5 小结
• 第5章 UHF RFID 系统中的防冲突算法
• 5.1 引言
• 5.2 UHF RFID 系统中防冲突算法的分类
• 5.2.1 基于 ALOHA 的防冲突算法
• 5.2.2 基于二进制树的防冲突算法
• 5.3 二进制树防冲突算法的概述
• 5.3.1 二进制树防冲突算法中的冲突问题
• 5.3.2 衡量一个防冲突算法好坏的标准
• 5.3.3 现有基于二进制树防冲突算法的优劣
• 5.4 提出的改进型的 RFID 防冲突算法
• 5.4.1 算法指令说明
• 5.4.2 算法流程描述
• 5.4.3 算法分析比较
• 5.4.4 仿真及分析
• 5.5 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文及成果）
• 附录 B （攻读硕士学位期间所参与的科研活动）