CN100552692C - 一种超高频射频识别读写器降功耗用的发射电路 - Google Patents

Abstract

超高频射频识别读写器的发射电路属于超高频射频识别读写器技术领域，其特征在于：含有基带控制模块、上变频模块和功率放大模块，该功率放大模块在基带控制模块的控制下，处于非线性工作状态下，向射频标签发射单频横幅载波信号，为射频标签提供工作所需能量；在单片机收到射频应答后，该功率放大模块处于线性工作状态，单片机通过上变频器、功率放大器想射频标签发送指令。本发明的功耗低于一般仅实用单一线性功率放大器的发射电路的功耗。

Description

一种超高频射频识别读写器降功耗用的发射电路

技术领域

本发明涉及一种通信领域的射频识别技术中超高频射频识别读写器发射通路的实现方案，特别是关于降低超高频射频识别读写器功耗的一种设计方案。

背景技术

通信领域的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，是利用射步频方式进行远距离通信达到识别物品的一种自动化物品识别技术。RFID具有存贮数据量大、安全性高、穿透力强、识别距离远、识别速度快、使用寿命长、可读写、环境适应性强、防水防磁等特点。同时，由于芯片本身的高额成本和高技术含量的特点，使芯片本身就具有防伪功能，而且，还可以应用一些适当复杂度的加密技术，实现安全管理。这些优点使得其应用前景非常广阔，可以广泛应用于工业制造、商业供应链管理、公共交通管理、商品防伪、身份识别、动物识别、门禁管理以及安全和军事物流等众多领域。近年来国内外对该项技术尤其是其中超高频段的射频识别技术给予了极大关注，超高频的射频技术一般使用无源标签，即标签工作时所需的能量是从电磁波中恢复出来的，这样就可以大大降低标签的成本；另外由于超高频射频识别技术载波频率高，可以实现更高的通信速率和更远的传输距离特别适用于诸如物流管理、零售业等电子供应链管理的应用重。

如图2所示，一个典型射频识别系统应包括标签(射频卡)、读写器(射频收发机)和主机控制系统。正如前文所述，超高频段的RFID电子标签大多是无源标签，它们工作所需要的电源是从读写器发射的电磁波中通过电源恢复来获得的；无源电子标签通过反向散射调制技术来实现向读写器传送数据。其通信过程如图1所示。

当标签放入读写器的场区中时，读写器通过自动轮询方式米发出对标签操作的指令，标签按照协议规定对指令做出响应，比如返回标签中存储的数据、将数据写入标签内存储器、进入静默状态等等。

为了使无源标签在一定范围内能够恢复出工作所需的电源，读写器必须有一定的发射功率，因此读写器内部都使用功率放大器以提高输出功率；为了防止读写器工作时影响其它通信设备的工作，读写器的发射频谱必须满足频谱规范的要求，因此读写器中的功率放大器都使用效率较低的线性功率放大器。这样使读写器在同样的发射功率下功耗增大，不利于低功耗便携式读写器的实现。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种超高频低功耗射频识别读写器发射通路的设计方案，其目的是降低读写器功耗，如图2所示。它包括：基带控制模块，上变频模块和功率放大模块。基带控制模块可以使用单片机、数字信号处理器、可编程逻辑阵列等来实现，上变频采用混频器或开关电路实现。

本发明的特征之一在于，含有：基带控制器，本振发生器，上变频器，非线性功率放大器和线性功率放大器，还有天线，其中：

基带控制器，是一个单片机，设有：本振频率控制输出端，射频标签控制信号输出端，以及功率放大器选择控制信号输出端；

本振发生器，是一个频率综合器，设有横幅载波信号输出端，本振频率控制输入端，与所述单片机本振频率控制输出端相连，接收本振频率控制信号；

上变频器，是一个混频器，设有：横幅载波控制信号输入端，与所述频率综合器的横幅载波信号输出端相连，接收横幅载波信号；还设有射频标签控制信号输入端，与所述单片机相对应的输出端相连，接收射频标签发送指令的控制信号；

非线性功率放大器，设有：横幅载波信号输入端，与所述变频器的对应输出端相连，接收横幅载波信号后，通过天线向所述的射频标签提供所需要的工作能量；

线性功率放大器，设有：射频标签指令信号输入端，与所述混频器的对应输出端相连，接收射频标签指令信号，接收射频标签指令信号后，通过天线向所述的射频标签发出指令；

其中，所述单片机根据以下步骤向射频标签发出指令信号：

步骤(1)，所述单片机启动线性功率放大器，在时间t1内经过所述混频器、线性功率放大器、天线后向射频标签发出功率为P的指令信号，向所述射频标签发送指令并为其提供工作所需的能量；

步骤(2)，所述单片机关闭线性功率放大器，启动非线性功率放大器，并依次经过所述混频器、非线性放大器后，通过所述天线发出功率也为P的横幅载波信号，为所述射频标签提供工作所需的能量；

步骤(3)，所述单片机经过标签应答等待时间t2后，收到所述射频标签的应答；

步骤(4)，所述单片机按下式计算所述发射电路的功耗P2：

P2＝(P*t1/y1+P*t2/y2)/(t1+t2)，

其中y1为线性功率放大器的效率，y2为非线性功率放大器的效率，y2＞y1，t2＞t1。

本发明的特征之二在于所述线性功率放大器和非线性功率放大器合并成一个工作状态可控功率放大器，可以工作在线性放大状态和非线性放大状态。

试验证明：本发明的功耗低于一般采用一个线性功率放大器的发射电路的功耗。

附图说明

图1为无源标签与射频识别读写器的通信过程。

图2为射频识别系统的构成图。

图3为一般超高频读写器发射电路框图。

图4为本发明提出的超高频读写器发射电路框图具体实施方式。

具体实施方式

如前所述，超高频无源射频识别读写器在工作时首先向标签发送指令，然后等待标签返回应答信号，此时读写器必须发射横幅载波以提供标签工作所需要的能量。本发明的关键在于读写器发送指令时通过基带控制模块保证读写器发射通路中的功率放大模块为线性的，读写器发送横幅载波时功率放大模块为非线性的。假设线性工作状态的功率放大器效率为y1，非线性功率放大器的效率为y2，发送指令时间为t1，发送横幅载波等待标签应答的时间为t2，需要的输出功率为P，可以知道y1＜y2，在一般的操作中t1＜t2。若采用一般的读写器发射通路方案，可以算得读写器功率放大模块的功耗为P1＝P/y1，采用本发明中的读写器发射通路方案，可以得到读写器功率放大模块的功耗为P2＝(P*t1/y1+P*t2/y2)/(t1+t2)，显然有P1＞P2。

本发明的实施例见图4.

与一般的读写器发射通路方案相比，该发明的不同在于功率放大模块采用可工作于不同工作状态的功率放大器件或使用多个不同类型的功率放大器件。在读写器需要向射频标签发送指令时，基带控制模块控制信号经过功率放大模块的线性功率放大器或使功率放大模块工作在线性工作状态，这样可以满足频谱规范对发射信号的要求；在读写器发射横幅载波向射频标签提供工作所需的能量等待射频标签返回数据时，基带控制模块控制射频信号经过功率放大模块的非线性功率放大器或使功率放大模块工作在非线性工作状态，由于此时通过功率放大模块的信号为单频信号，且工作于非线性状态的功率放大器效率较高，这样既能够满足频谱规范的要求又使得读写器在输出功率恒定的情况下整体功耗较小。根据目前超高频射频识别协议(如ISO/IEC 18000-6C)的要求，在一般的读写器与标签的通信过程中，读写器发送数据的时间要比只发送载波的时间短，这样就使该方案在降低发射功耗方面具有更大的优势。

Claims (2)

1、超高频射频识别读写器降功耗用的发射电路，其特征在于，含有：基带控制器，本振发生器，上变频器，非线性功率放大器和线性功率放大器，还有天线，其中：

基带控制器，是一个单片机，设有：本振频率控制输出端，射频标签控制信号输出端，以及功率放大器选择控制信号输出端；

本振发生器，是一个频率综合器，设有横幅载波信号输出端，本振频率控制输入端，与所述单片机本振频率控制输出端相连，接收本振频率控制信号；

上变频器，是一个混频器，设有：横幅载波控制信号输入端，与所述频率综合器的横幅载波信号输出端相连，接收横幅载波信号；还设有射频标签控制信号输入端，与所述单片机相对应得输出端相连，接收射频标签发送指令的控制信号；

非线性功率放大器，设有：横幅载波信号输入端，与所述上变频器的对应输出端相连，接收横幅载波信号后，通过天线向所述的射频标签提供所需要的工作能量；

线性功率放大器，设有：射频标签指令信号输入端，与所述混频器的对应输出端相连，接收射频标签指令信号，接收射频标签指令信号后，通过天线向所述的射频标签发出指令；

其中，所述单片机根据以下步骤向射频标签发出指令信号：

步骤(1)，所述单片机启动线性功率放大器，在时间t1内经过所述混频器、线性功率放大器、天线后向射频标签发出功率为P的指令信号，向所述射频标签发送指令并为其提供工作所需的能量；

步骤(2)，所述单片机关闭线性功率放大器，启动非线性功率放大器，并依次经过所述混频器、非线性放大器后，通过所述天线发出功率也为P的横幅载波信号，为所述射频标签提供工作所需的能量；

步骤(3)，所述单片机经过标签应答等待时间t2后，收到所述射频标签的应答；

步骤(4)，所述单片机按下式计算所述发射电路的功耗P2：

P2＝(P*t1/y1+P*t2/y2)/(t1+t2)，

其中y1为线性功率放大器的效率，y2为非线性功率放大器的效率，y2＞y1，t2＞t1。

2、根据权利要求1所述的超高频射频识别读写器降功耗用的发射电路，其特征在于所述线性功率放大器和非线性功率放大器合并成一个工作状态可控功率放大器，可以工作在线性放大状态和非线性放大状态。

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