高频RFID标签曼彻斯特编码电路的设计

码模块的输入信号：Fc4是时钟信号；Reset是复位信号； Send_slow_fast是模式选择信号，用于快速或者低速模式的选择；Send_one_dual是载波选择信号，用于单载波或者双载波的选择； Send_data_en是数据发送使能信号，当此信号有效时，该模块进入编码状态，同时，状态机送出第一位数据；Send_data是数据信号； Send_data_end是数据发送完毕信号，状态机在发送最后一位数据的同时，对Send_data_end信号置位，通知码模块，状态机的数据已经发送完毕。

曼彻斯特编码模块输出到状态机的信号：Send_shift_en是移位使能信号，每当完成一位数据的编码时，此信号有效，通知状态机进行数据移位；Send_over是结束信号，当发送完EOF时，该信号有效，表示数据的编码已经完成。

曼彻斯特编码模块输出到模拟部分的信号：Send_final_out是输出到模拟部分的编码信号。

4 设计思想

本设计采用状态转换的方式实现编码功能，因此状态的划分和状态转换条件起着非常重要的作用。适当的状态划分不仅简洁明了、宜于维护，而且所占用的资源少。这里用到了九种典型的状态，状态之间的转换如图7所示。

(1)系统复位后，模块处于Initial状态。在此状态中，根据Send_one_dual和 Send_data_en两个信号的值判断下一个状态，Send_data_en信号决定是否进入编码状态，Send_one_dual信号决定进入单载波模式还是双载波模式，Send_data_en信号无效时，保持原状态不变，否则进入SOF状态。

(2) 根据Send_one_dual信号的值，决定进入单（双）载波SOF状态，通过计数器控制状态持续时间，并且根据Send_slow_fast信号的值调整计数器的值。在此状态的第一个时钟周期捕获并锁存状态机送出的Send_data信号的值，以决定下个编码状态。在此状态结束的前一个周期，使Send_shift_en信号的值有效，通知状态机进行移位操作。并根据锁存的Send_data信号的值判断下一个状态，从而进入logic 0或者logic 1的编码状态。

(3) 进入数据发送状态后，同样在第一个时钟周期捕获并锁存此时的Send_data信号的值，以确定下一个状态。通过计数器精确控制状态持续的时间，并在结束前的第二个周期捕获Send_data_end信号的值。如果这个值无效，则表示状态机的数据没有发送完，因此在结束前一个周期发送 Send_shift_en信号，让状态机进行数据移位操作。如果这个值有效，则说明状态机的数据已经发送完毕，因此在该位编码状态的最后一个周期不用再发送Send_shift_en信号，只需转入最后一位数据的编码状态即可。

(4)等待最后一位数据编码完成，模块进入EOF状态。当EOF发送完毕时，Send_over信号有效，通知状态机编码结束。

该模块的时钟频率为Fc/4，而输出给模拟部分的脉冲信号的频率为Fc/32和Fc/28,同时还有未调制的部分。为了满足不同输出形状的需要，应设置波形输出模块。在该模块中进行适当的分频，并且在每个状态的不同部分，设置不同的标志位，用于控制最后的波形输出模块。在这里，状态决定输出的时间长度，而波形输出模块则决定输出的形状。

这种设计思想在于：当前状态输出上一个状态的数据，同时捕获当前状态的数据，用于下一个状态的输出。这样就保证了有充足的时间锁存数据，从而避免了锁错数据，提高了抗干扰能力。

5 模块仿真波形及FPGA实现

这里采用Verilog硬件描述语言将上述设计思想的数据转换成相应的代码，在ISE7.1环境下编译、仿真、下载。ISE是Xilinx FPGA/CPLD的综合性集成设计平台,该平台集成了设计输入、仿真、逻辑综合、布局布线与实现、时序分析、芯片下载与配置、功率分析等几乎所有设计流程所需的工具。将代码程序用Xilinx Spartan-3系列X3S200芯片进行下载验证，所得出的在单载波低速模式下的信号波形图如图8所示。

由图可知，该波形完全符合标准，能够成功地进行曼彻斯特编码。

本文介绍的曼彻斯特编码模块已成功应用于基于ISO/IEC 15693标准的RFID电子标签开发项目中。从验证与仿真的结果可知，该模块编码准确性高、抗干扰能力强，同其他设计方案相比，该方案还具有占用硬件资源少、易于维护等优点。

参考文献

1 Klaus Finkenzeller著，陈大才编译，射频识别(RFID) 技术（第二版）.北京：电子工业出版社,2002
2 ISO/IEC15693-1: 2000-07-15 Identification cards-Contact-less integrated circuit(s) cards Vicinity cards-Part1: Physical characteristics
3 ISO/IEC15693-2: 2001-10-15 Identification cards-Contact-less integrated circuit(s) cards Vicinity cards-Part2: Air interface and initialization
4 ISO/IEC15693-3: 2001-04-01 Identification cards-Contact-less integrated circuit(s) cards Vicinity card