一種特高頻段rfid測試系統的製作方法
2023-07-09 18:57:31
一種特高頻段rfid 測試系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及電子標籤【技術領域】，特別是關於一種特高頻段RFID測試系統，包括控制器用於生成測試內容，並接收FPGA晶片的通信數據進行分析；可重配I/O單元用於控制器與FPGA晶片之間的通信連接；FPGA晶片用於根據測試內容生成測試指令，與特高頻段電子標籤進行通信；第一上變頻器和第二上變頻器用於將低頻的測試指令轉換為發向特高頻段電子標籤的特高頻射頻信號；第二下變頻器和第一下變頻器將接收到的特高頻段電子標籤發送的特高頻應答信號轉換為低頻數位訊號，並將低頻數位訊號發送給FPGA晶片。通過本發明實施例的系統，通過FPGA晶片和多個上變頻器和下變頻器的引入可以針對特高頻RFID電子標籤進行測試。
【專利說明】一種特高頻段RFID測試系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子標籤【技術領域】，特別是關於一種特高頻段RFID測試系統。
【背景技術】
[0002]RFID 是射頻識別技術的英文(Rad1 Frequency Identificat1n, RFID)的縮寫，又稱電子標籤。射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞並通過所傳遞的信息達到識別目的。
[0003]射頻識別技術通過自動識別資產並採集數據，為生產和管理提供準確實時的信息，從而達到簡化流程提高效率的目的。RFID標籤可支持快速讀寫、非可視識別、移動識另O、多目標識別、地位及長期跟蹤管理，在物流管理、防偽、交通信息化、工業自動化中都有重要的應用。目前，我國已經把RFID技術作為物聯網採集管控系統的主要數據採集方式之一。RFID在資產追蹤、管理和維護方面具有不可替代的價值，眾多領域已經擁有相對成熟的RFID應用，近些年隨著RFID技術的不斷創新，更多的應用被實現，RFID的追蹤功能正在擴大到越來越多的資產類型中。
[0004]RFID技術發展迅速，應用領域越來越多，粘附於產品表面的標籤已經廣泛應用。但在不同領域的應用中，有些物品材質對RFID標籤的影響會比較大。比如在很多應用中，RFID標籤需要貼附在金屬物體表面，但對於表面鍍層的金屬卻存在識別力不強或性能減弱的問題。
[0005]這是因為，RFID標籤應用於金屬表面時，由於電磁波會被金屬反射,其阻抗匹配，輻射效率和輻射方向都會發生改變，從而導致普通電子標籤的性能變差，讀寫距離變短，甚至在金屬表面無法被正確識別。
[0006]柔性抗金屬標籤是採用特高頻射頻識別技術為適配曲面金屬材質物品而設計的RFID電子標籤，在電力計量器具(尤其是互感器)檢定、配送管理、資產管理等方面應用前景廣泛，為滿足柔性抗金屬標籤的研發和生產，需要設計或引入一種針對此類標籤的可靠性測試系統。
[0007]根據需求，測試內容一般包括對讀寫器的接口協議、數據速率、工作溫度、工作溼度、讀寫距離、振動、衝擊、碰撞、安全性、電磁兼容性等關鍵項目進行測試，同時對電子標籤的工作頻率、空中接□協議、調製方式、存儲容量、工作環境、抗射線、抗交變電磁場、抗衝擊、機械振動、自由跌落、抗靜電等關鍵項目進行測試；並在實際應用環境下進行讀寫器和標籤的互操作測試，進一步驗證系統的運行效果。
[0008]標籤的可靠性測試主要為一致性測試，射頻測試是最重要的測試內容，如射頻包絡測試、反應時間測試以及不同調製參數和編碼方式下的數據讀寫等，以驗證RFID標籤的射頻性能是否符合標準。晶片設計的影響、製造工藝的影響或者為不同類別的產品設計不同的天線，都會導致RFID標籤的射頻性能發生變化，因此在研發和生產過程中必須對該產品的射頻性能進行測試，以保證其射頻指標符合RFID射頻標準的要求。
[0009]基於主機的測試系統適用於低頻RFID標籤，採用矢量信號發生器和矢量信號分析儀作為射頻儀器，採用嵌入式控制器作為指令發生器和應答分析儀。
[0010]柔性抗金屬標籤符合特高頻RFID技術標準，需要在應答器和標籤之間建立微秒級實時通訊，現有的技術不能滿足特高頻RFID標籤的通信頻率。
【發明內容】
[0011]為了解決現有技術中無法對特高頻RFID電子標籤進行測試的問題，提出了一種特高頻段RFID測試系統，通過FPGA晶片和多個上變頻器和下變頻器的引入可以針對特高頻R FID電子標籤進行測試。
[0012]本發明實施例提供了一種特高頻段RFID測試系統，包括控制器，可重配I/O單元，FPGA晶片，第一上變頻器，數字/模擬轉換器，第二上變頻器，第一下變頻器，模擬/數字轉換器，第二下變頻器；
[0013]所述控制器用於生成測試內容，並接收所述FPGA晶片的通信數據進行分析；
[0014]所述可重配I/O單元用於所述控制器與所述FPGA晶片之間的通信連接；
[0015]所述FPGA晶片用於根據所述測試內容生成測試指令，與特高頻段電子標籤進行通信；
[0016]所述第一上變頻器用於將低頻的測試指令轉換為中頻數位訊號；
[0017]所述數字/模擬轉換器將所述中頻數位訊號轉換為模擬信號；
[0018]所述第二上變頻器將所述模擬信號轉換為發向所述特高頻段電子標籤的特高頻射頻信號；
[0019]所述第二下變頻器將接收到的所述特高頻段電子標籤發送的特高頻應答信號轉換為中頻應答信號；
[0020]所述模擬/數字轉換器將所述中頻應答信號轉換為中頻數位訊號；
[0021]所述第一下變頻器將所述中高頻數位訊號轉換為低頻數位訊號，並將所述低頻數位訊號發送給所述FPGA晶片。
[0022]根據本發明實施例所述的一種特高頻段RFID測試系統的一個進一步的方面，所述FPGA晶片中進一步包括調製器，所述調製器進一步包括數據輸入模塊，載波產生模塊，幅度調製模塊，單邊帶濾波器，選擇器，輸出模塊；
[0023]其中所述數據輸入模塊與所述載波產生模塊分別與所述幅度調製模塊相連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器分別與所述選擇器相連接，所述選擇器與所述輸出模塊相連接；
[0024]所述數據輸入模塊接收所述測試指令，所述載波產生模塊產生調製所需的正弦載波，所述幅度調製模塊將所述測試命令和所述正弦載波進行運算，得到調製信號；所述單邊帶濾波器將所述幅度調製模塊輸出的調製信號進行單邊濾波，通過所述選擇器的選擇，所述輸出模塊將所述調製信號或者所述單邊濾波後的調製信號進行輸出。
[0025]根據本發明實施例所述的一種特高頻段RFID測試系統的再一個進一步的方面，所述FPGA晶片中進一步包括解調器，所述解調器進一步包括信號輸入模塊，信號處理模塊，比較器，解調判斷模塊，輸出模塊；
[0026]所述信號輸入模塊接收所述第一下變頻器107發送的中頻數位訊號，所述信號處理模塊對所述中頻數位訊號進行處理，所述比較器獲得所述處理後的中頻數位訊號的相位信息輸出給所述控制器進行分析，所述解調判斷模塊判斷所述處理後的中頻數位訊號的解調方式，並對所述處理後的中頻數位訊號進行解調，得到解調後的中頻數位訊號，通過所述輸出模塊將所述解調後的中頻數位訊號輸出。
[0027]通過本發明實施例的系統，通過FPGA晶片和多個上變頻器和下變頻器的引入可以針對特高頻RFID電子標籤進行測試，並且不需要依賴與額外的讀寫設備進行測試，實現了使用同一系統就能夠對不同標準的RFID標籤進行測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0029]圖1所示為本發明實施例一種特高頻段RFID測試系統的結構示意圖；
[0030]圖2所示為本發明實施例FPGA晶片中調製器的結構示意圖；
[0031]圖3所示為本發明實施例FPGA晶片中解調器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0033]如圖1所示為本發明實施例一種特高頻段RFID測試系統的結構示意圖。
[0034]包括控制器101，可重配I/O單元102，FPGA晶片103，第一上變頻器104，數字/模擬轉換器(DAC) 105，第二上變頻器106，第一下變頻器107，模擬/數字轉換器(ADC) 108，第二下變頻器109。
[0035]所述控制器101用於生成測試內容，並接收所述FPGA晶片103的通信數據進行分析；
[0036]所述可重配I/O單元102用於所述控制器101與所述FPGA晶片103之間的通信連接；
[0037]所述FPGA晶片103用於根據所述測試內容生成測試指令，與特高頻段電子標籤進行通信；FPGA晶片輸出的數據信號頻率通常為幾十至幾百KHz。
[0038]所述第一上變頻器104用於將低頻的測試指令轉換為中頻數位訊號；所述中頻數位訊號的頻率可以為20MHz ；
[0039]所述數字/模擬轉換器(DAC) 105將所述中頻數位訊號轉換為模擬信號；
[0040]所述第二上變頻器106將所述模擬信號轉換為發向所述特高頻段電子標籤的特高頻射頻信號；所述特高頻射頻信號的頻率可以為800MHz至1GHz。
[0041]所述第二下變頻器109將接收到的所述特高頻段電子標籤發送的特高頻應答信號轉換為中頻應答信號；所述特高頻射頻信號的頻率可以為800MHz至1GHz。
[0042]所述模擬/數字轉換器(ADC) 108將所述中頻應答信號轉換為中頻數位訊號；所述特高頻射頻信號的頻率可以為800MHz至IGHz。
[0043]所述第一下變頻器107將所述中頻數位訊號轉換為低頻數位訊號，並將所述低頻數位訊號發送給所述FPGA晶片103。所述低頻數位訊號的頻率通常為幾十至幾百KHz。
[0044]根據本發明的一個實施例，所述FPGA晶片103中進一步包括調製器，所述調製器進一步包括數據輸入模塊，載波產生模塊，幅度調製模塊，單邊帶濾波器，選擇器，輸出模塊；
[0045]其中所述數據輸入模塊與所述載波產生模塊分別與所述幅度調製模塊相連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器分別與所述選擇器相連接，所述選擇器與所述輸出模塊相連接；
[0046]所述數據輸入模塊接收所述測試指令，所述載波產生模塊產生調製所需的正弦載波，所述幅度調製模塊將所述測試命令和所述正弦載波進行運算，得到調製信號；所述單邊帶濾波器將所述幅度調製模塊輸出的調製信號進行單邊濾波，通過所述選擇器的選擇，所述輸出模塊將所述調製信號或者所述單邊濾波後的調製信號進行輸出。
[0047]根據本發明的一個實施例，所述FPGA晶片103中進一步包括解調器，所述解調器進一步包括信號輸入模塊，信號處理模塊，比較器，解調判斷模塊，輸出模塊；
[0048]所述信號輸入模塊接收所述第一下變頻器107發送的中頻數位訊號，所述信號處理模塊對所述中頻數位訊號進行處理，將輸入的同相和正交(IQ:1nphase andquadrature)信號變為絕對值，利用所述比較器得到兩路正交IQ信號的相位信息，供控制器分析使用，所述解調判斷模塊判斷所述處理後的中頻數位訊號的解調方式，並對所述處理後的中頻數位訊號進行解調，得到解調後的中頻數位訊號，通過所述輸出模塊將所述解調後的中頻數位訊號輸出。
[0049]根據本發明的一個實施例，所述信號處理模塊進一步包括2個平方器，分別將輸入的兩路正交IQ信號取平方變為絕對值。
[0050]通過本發明實施例的系統，通過FPGA晶片和多個上變頻器和下變頻器的引入可以針對特高頻RFID電子標籤進行測試，並且不需要依賴與額外的讀寫設備進行測試，實現了使用同一系統就能夠對不同標準的RFID標籤進行測試。
[0051]用戶通過在控制器中的選項輸入，可以針對不同協議的RFID電子標籤進行測試，FPGA晶片根據控制器的選項和晶片中預先存儲的配置參數生成適應於特定協議的測試指令，所述配置參數包括不同標準的RFID電子標籤，及其調製方式、調製參數以及編碼方式，實現從物理層到協議層的各種測試，還可以擴展支持自定義的指令集，從而支持不同廠商生產的RFID產品。
[0052]以EPC Class IGen 2協議為例，整個實時通訊(Inventory)過程在1.8毫秒內即全部完成，其中包含了 3條指令以及3條應答，即控制器選擇測試內容，FPGA晶片生成Query (指令)，通過第一及第二上變頻器提高測試指令的頻率，通過射頻天線發射到特高頻電子標籤；所述特高頻電子標籤反饋應答(RN16，16位隨機數)；系統通過射頻天線接收所述應答，並通過第一及第二下變頻器將所述特高頻的應答降頻到中頻，然後通過FPG A晶片針對該應答生成ACK (指令)，在該ACK中包括FPGA晶片解碼得到的16位隨機數，然後通過第一及第二上變頻器將所述ACK升頻到特高頻後通過射頻天線發射出去；所述特高頻電子標籤接收到ACK後，驗證16位隨機數是否正確，然後返回PC+EPC+CRC16 (應答)；系統接收到上述應答後，通過第一及第二下變頻器將特高頻的應答降低到中頻，然後通過FPGA晶片解碼所述應答和產生相應的測試指令ReqRN(指令)，通過第一及第二上變頻器將所述指令通過射頻天線發送給特高頻電子標籤；所述特高頻電子標籤接收到所述指令後，產生Handle (應答)反饋給系統。在此期間，FPGA晶片進行通信過程中的數據和參數均通過可重配I/O單元發送給所述控制器進行分析。
[0053]根據其標準，ACK指令中必須正確包含前一條應答中的16位隨機數，且反應時間T2應在3-20Tpri之內(約幾微秒到幾十微秒，例如4.5微秒)，否則通訊將失敗，因此採用計算機等方式預先生成指令的方式無法完成實時通訊，測試系統必須具有在極短的時間內實時生成指令的能力。採用了板載FPGA晶片以及多個上變頻器和下變頻器的結合，可以超高速實時處理能力，在標準規定的時間內，完成了應答的解調、解碼、隨機數提取、指令的編碼、隨機數嵌入、調製的全過程。
[0054]如圖2所示為本發明實施例FPGA晶片中調製器的結構示意圖。
[0055]圖中包括數據輸入模塊201，載波產生模塊202，幅度調製模塊203，單邊帶濾波器204，選擇器205，輸出模塊206。
[0056]所述數據輸入模塊201接收前級功能模塊輸出的測試指令，即當前測試內容所需的測試參數、測試命令和通信流程等都需要通過該調製器的調製生成通信信號與特高頻電子標籤通信，所述載波產生模塊202產生調製所需的正弦載波，所述幅度調製模塊203將所述測試命令和所述正弦載波進行運算，得到調製信號；所述單邊帶濾波器204將所述幅度調製模塊輸出的調製信號進行單邊濾波，通過所述選擇器205的選擇，所述輸出模塊將所述調製信號或者所述單邊濾波後的調製信號進行輸出。
[0057]如圖3所示為本發明實施例FPGA晶片中解調器的結構示意圖。
[0058]包括信號輸入模塊301，信號處理模塊302，比較器303，解調判斷模塊304，輸出模塊 305。
[0059]所述信號輸入模塊301接收所述第一下變頻器發送的中頻數位訊號，該中頻數位訊號是由待測的特高頻電子標籤發出的應答信號通過降頻得到的，所述信號處理模塊302對所述中頻數位訊號進行處理，在本例中通過兩個平方器對所述中頻數位訊號(IQ信號)進行處理，獲得該IQ信號的絕對值，所述比較器303分別對輸出結果進行比較，得到IQ信號的相位信息並反饋給控制器進行分析，所述解調判斷模塊304判斷所述處理後的中頻數位訊號的解調方式，調用相應的協議或者參數對所述處理後的中頻數位訊號進行解調，得到解調後的中頻數位訊號，通過所述輸出模塊305將所述解調後的中頻數位訊號輸出到後級功能模塊進行處理，所述的後級處理可以包括對應答信息的相應，例如前述的ACK等通信流程中的響應。
[0060]通過本發明實施例的系統，通過FPGA晶片和多個上變頻器和下變頻器的引入可以針對特高頻RFID電子標籤進行測試，並且不需要依賴與額外的讀寫設備進行測試，實現了使用同一系統就能夠對不同標準的RFID標籤進行測試。
[0061]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種特高頻段RFID測試系統，其特徵在於， 包括控制器，可重配I/O單元，FPGA晶片，第一上變頻器，數字/模擬轉換器，第二上變頻器，第一下變頻器，模擬/數字轉換器，第二下變頻器； 所述控制器用於生成測試內容，並接收所述FPGA晶片的通信數據進行分析； 所述可重配I/O單元用於所述控制器與所述FPGA晶片之間的通信連接； 所述FPGA晶片用於根據所述測試內容生成測試指令，與特高頻段電子標籤進行通信； 所述第一上變頻器用於將低頻的測試指令轉換為中頻數位訊號； 所述數字/模擬轉換器將所述中頻數位訊號轉換為模擬信號； 所述第二上變頻器將所述模擬信號轉換為發向所述特高頻段電子標籤的特高頻射頻信號; 所述第二下變頻器將接收到的所述特高頻段電子標籤發送的特高頻應答信號轉換為中頻應答信號； 所述模擬/數字轉換器將所述中頻應答信號轉換為中頻數位訊號； 所述第一下變頻器將所述中高頻數位訊號轉換為低頻數位訊號，並將所述低頻數位訊號發送給所述FPGA晶片。
2.根據權利要求1所述的一種特高頻段RFID測試系統，其特徵在於，所述FPGA晶片中進一步包括調製器，所述調製器進一步包括數據輸入模塊，載波產生模塊，幅度調製模塊，單邊帶濾波器，選擇器，輸出模塊； 其中所述數據輸入模塊與所述載波產生模塊分別與所述幅度調製模塊相連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器連接，所述幅度調製模塊與所述單邊帶濾波器分別與所述選擇器相連接，所述選擇器與所述輸出模塊相連接； 所述數據輸入模塊接收所述測試指令，所述載波產生模塊產生調製所需的正弦載波，所述幅度調製模塊將所述測試命令和所述正弦載波進行運算，得到調製信號；所述單邊帶濾波器將所述幅度調製模塊輸出的調製信號進行單邊濾波，通過所述選擇器的選擇，所述輸出模塊將所述調製信號或者所述單邊濾波後的調製信號進行輸出。
3.根據權利要求1所述的一種特高頻段RFID測試系統，其特徵在於，所述FPGA晶片中進一步包括解調器，所述解調器進一步包括信號輸入模塊，信號處理模塊，比較器，解調判斷模塊，輸出模塊； 所述信號輸入模塊接收所述第一下變頻器發送的中頻數位訊號，所述信號處理模塊對所述中頻數位訊號進行處理，所述比較器獲得所述處理後的中頻數位訊號的相位信息輸出給所述控制器進行分析，所述解調判斷模塊判斷所述處理後的中頻數位訊號的解調方式，並對所述處理後的中頻數位訊號進行解調，得到解調後的中頻數位訊號，通過所述輸出模塊將所述解調後的中頻數位訊號輸出。
【文檔編號】G01R31/00GK104360199SQ201410673755
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】劉影, 張威, 丁恆春, 王雯昊, 王皓, 楊瀟雨 申請人:國家電網公司, 國網冀北電力有限公司電力科學研究院, 華北電力科學研究院有限責任公司