CN101079097A - 小型化的模块式uhf射频识别读写器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型化的模块式UHF射频识别读写器，由RF发射模块，RF接收模块和基带处理模块构成，所述基带处理模块通过若干根数据线组成的控制端口控制RF发射模块，RF发射模块通过RF发射端口输出发射信号，并且通过本振发射端口输出本振信号到RF接收模块的本振接收端口，RF接收模块从本振接收端口接收本振信号，从RF接收端口接收标签反射信号，并且输出解调后的基带信号到读写器的基带处理模块；本发明的读写器可以与工作在840－960MHz频段的无源射频识别标签进行远距离无线数据通讯，其通讯功能包括但不限于标签识别，多标签防碰撞，读标签数据，写标签数据、标签加密解密和使能标签失效功能。

Description

小型化的模块式UHF射频识别读写器

技术领域

本发明涉及一种可以与工作在840-960MHz频段的无源RFID标签进行无线远距离数据通讯的小型化的模块式UHF射频识别读写器。

背景技术

射频识别(RFID，Radio Frequency Identity)技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。

UHF频段RFID系统主要包括RFID读写器和RFID标签两个部分：RFID读写器将待发射的基带信号调制到载波上，发送给RFID标签，然后连续发射无调制的载波用以提供标签持续工作的能量和标签反射调制需要的载波。标签从读写器的载波中获取能量，根据接收到的读写器指令内容，将标签的返回信息反射调制加载到读写器的连续载波上。读写器从连续载波中识别出标签的返回信号。

RFID系统的工作模式与一般的移动通信系统不同：由于RFID标签本身没有能源，而且不产生电磁波，所以必须通过RFID读写器的连续载波来实现对RFID标签的无线供电和维持通信。即RFID系统的工作模式具有收发双工特性：当RFID读写器的接收电路接收RFID标签反射信号时，其发射电路同时也在维持一个大功率的无调制载波，以供给标签能量和反射调制用的信号载体。在RFID读写器天线电路中，始终存在着一个强的读写器发射信号和一个弱的标签反射信号，且两路信号完全同频。

现有的RFID读写器集成度较低，结构较复杂，成本较高，而且不具备扩展性，不能适应各种类型的天线前端电路。

中国专利申请号200610049668.0公开了一种超高频射频识别标签阅读器。由天线、环形器、接收滤波器、定向耦合器、对数放大器、低噪声放大器、功分器、两个混频器、两个低通滤波器、两个模数转换器、数字信号处理器、功率放大器、频率合成器、正交移相功分器、串行接口和电源电路连接而成。电路结构复杂，成本较高。

中国专利申请号03222830.9公开了涉及一种电子标签无线读写装置，该方案的发射电路由微波数字频率合成器、微波信号放大调制器和微波信号功率放大器组成，接收电路也比较复杂，需要使用混频器等射频器件，成本较高。

中国专利申请号200620054988.0公开了一种高速远距离无源射频标签读写器，其技术方案是将通常微波接收机中采用的二次混频电路结构更换为直接零中频解调电路结构。该方案集成了环形器和零中频解调电路，而且零中频解调电路也是由若干射频器件组合而成，电路复杂，成本较高，也不能与双天线电路和双端口单天线电路相连接。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种可以与工作在840-960MHz频段的无源RFID标签进行无线远距离数据通讯的小型化的模块式UHF射频识别读写器。

本发明的小型化的模块式UHF射频识别读写器，由RF发射模块，RF接收模块和基带处理模块够构成，所述基带处理模块通过若干根数据线组成的控制端口控制RF发射模块，RF发射模块通过RF发射端口输出发射信号，并且通过本振发射端口输出本振信号到RF接收模块的本振接收端口，RF接收模块从本振接收端口接收本振信号，从RF接收端口接收标签反射信号，并且输出解调后的基带信号到读写器的基带处理模块。

所述RF发射端口和RF接收端口相互独立，RF发射端口和RF接收端口与天线前端电路的连接方式选择下述三种方式之一：

a、RF发射端口和RF接收端口分别连接到两个相邻的天线，一个天线作为读写器发射天线，另一个天线作为读写器接收天线，所述两个天线的极化方向相反，两个天线之间放置高隔离度的射频隔离带；

b、RF发射端口和RF接收端口分别连接到一个环形器的输入端口和耦合端口，再由环行器的输出端口连接到外部天线；

c、RF发射端口和RF接收端口分别连接到同一个天线的两个馈电端口上，其中一个天线端口是读写器发射信号的输入端口，另一个天线端口是标签反射信号的输出端口，所述天线的馈电结构具有收发隔离特性，两个端口之间射频信号高度隔离。

所述RF发射模块由RF发射机芯片和RF功率放大器芯片构成，RF发射机产生的射频信号经过RF功率放大器放大后，通过RF发射端口输出，RF发射模块输出到RF接收模块的本振信号的产生选择以下两种方式之一：

a、RF发射模块在RF发射机芯片输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口；

b、RF发射模块在RF功率放大器芯片输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口。

所述RF接收模块采用微带线检波电路结构代替传统RF接收电路的二次混频电路结构或零中频电路结构，即读写器RF接收模块中通过一条微带线连接本振接收端口和RF接收端口，从本振接收端口输入的本振信号和从RF接收端口输入的标签反射信号在所述微带线上相干，相干的RF信号经2或4路RF检波器电路转换成互相正交的I路和Q路基带信号，再进入RF接收模块的采样通道。

所述RF接收模块的采样通道可以选择下述两种方式之一实现：

a、实时采样通道，互相正交的I路和Q路基带信号经过差分放大器芯片和信号调理电路，分别输出到读写器的基带处理模块；

b、时分采样通道，读写器在不同的时间段，通过开关电路选择I路或Q路信号中的一路信号，经过信号调理电路，输出到基带处理模块。

所述RF接收模块的采样通道中信号调理电路是可编程模拟集成电路芯片、射频识别读写器专用芯片或者是若干个运算放大器芯片组成的信号滤波和放大电路。

所述基带处理模块由微处理器芯片，A/D模数转换芯片和通讯接口芯片构成；微处理器芯片通过若干条数据线组成的控制端口直接控制读写器RF发射模块；从RF接收模块输入的基带信号经过基带处理模块的基带信号端口，进入A/D模数转换芯片转换成数字信号后，再进入微处理器芯片进行处理；微处理器芯片通过接口芯片与外部设备通信；接口芯片的接口为RS232接口或USB接口。本发明所指的微处理器芯片可以是MCU(单片机)芯片，可以是DSP(数字信号处理器)芯片，也可以是FPGA(可编程逻辑阵列)芯片。

所述读写器与工作在840-960MHz频段的无源射频识别标签进行无线远距离数据通讯，所述数据通讯具有标签识别、多标签防碰撞、读标签数据、写标签数据、标签加密解密和使标签失效功能。

本发明与现有技术相比的具有如下优点：本发明的读写器电路集成度高，结构简单，小型化，性能稳定，性价比高。而且读写器对前端天线电路的连接方案机动灵活，可以适应从便携式到基站式各种不同应用场合的需要。

附图说明

图1为本发明的读写器结构示意图；

图2为本发明的读写器与天线前端电路连接方案的三个实施a、b、c例示意图；

图3为本发明的读写器RF发射模块结构的两个实施例a、b示意图；

图4为本发明的读写器RF接收模块结构的两个实施例a、b示意图；

图5为本发明的读写器基带处理模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，模块式UHF射频识别读写器由RF发射模块(U1)，RF接收模块(U2)和基带处理模块(U3)组成。读写器的基带处理模块(U3)通过若干根数据线组成的控制端口(P9)控制RF发射模块(U1)。RF发射模块(U1)通过RF发射端口(P1)输出RFID读写器发射信号，并且通过本振发射端口(P7)输出本振信号到RF接收模块(U2)的本振接收端口(P8)。

如图2所示，读写器具有互相独立的RF发射端口(P1)和RF接收端口(P2)，与天线前端电路的连接方案可以选择下述三个实施例之一：

如图2中的a图，读写器的RF发射端口(P1)和RF接收端口(P2)分别直接连接到两个相邻的天线(A1)和(A2)，天线(A1)作为读写器发射天线，天线(A2)作为读写器接收天线。天线(A1)和天线(A2)的极化方向相反，两个天线之间放置高隔离度的射频隔离带(U18)；

如图2中的b图，读写器的RF发射端口(P1)和RF接收端口(P2)连接到环形器(U4)的输入端口和耦合端口，再由环形器(U4)的输出端口连接到外部天线；

如图2中的c图，读写器的RF发射端口(P1)和RF接收端口(P2)分别连接到同一个天线(A3)的两个馈电端口上。天线(A3)的馈电结构具有收发隔离特性，天线(A3)的端口(P5)是读写器发射信号的输入端口，天线(A3)的端口(P6)是标签反射信号的输出端口。两端口(P5)和(P6)之间射频信号高度隔离。

如图3所示，读写器RF发射模块(U1)，仅由RF发射机(U6)和RF功率放大器(U5)两块芯片组成，结构简单，性能稳定。RF发射机(U6)产生的射频信号经过RF功率放大器(U5)放大后，通过RF发射端口(P1)输出。而读写器RF发射模块(U1)输出到RF接收模块(U2)的本振信号产生方式可以选择下述两个实施例之一：

图3中的a图，在RF发射机芯片(U6)输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口(P7)；

图3中的b图，在RF功率放大器芯片(U5)输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口(P7)。

如图4所示，读写器RF接收模块(U2)中通过一条微带线(U7)连接本振接收端口(P8)和RF接收端口(P2)。从本振接收端口(P8)输入的本振信号和从RF接收端口(P2)输入的标签反射信号在微带线(U7)上相干，2或4路RF检波器(U8)将相干的RF信号检波转换成互相正交的I路和Q路基带信号，再进入RF接收模块(U2)的采样通道。

RF接收模块(U2)的采样通道实现方式可以选择下述两个实施例之一：

图4中a图，实时采样通道，互相正交的I路和Q路基带信号经过差分放大器(U9)和(U10)，信号调理电路(U11)和(U12)，分别输出到读写器的基带处理模块的基带信号端口(P10)；

图4中b图，时分采样通道，读写器在不同的时间段，通过开关电路(U13)选择I路或Q路信号中的一路信号，经过信号调理电路(U14)，输出到基带处理模块的基带信号端口(P10)。

如图5所示，读写器的基带处理模块(U3)由微处理器芯片(U16)，A/D模数转换芯片(U15)和通讯接口芯片(U17)三部分组成。微处理芯片(U16)通过n(n＞1)根数据线组成的控制端口(P7)直接控制读写器RF发射模块(U1)。而从RF接收模块(U2)输入的基带信号经过基带处理模块(U3)的基带信号端口(P10)，进入A/D模数转换芯片(U15)转换成数字信号后，再进入微处理器芯片(U16)进行处理。微处理器芯片(U16)通过通讯接口芯片(U17)与外部设备通信。

Claims (9)

1、一种小型化的模块式UHF射频识别读写器，其特征在于由RF发射模块，RF接收模块和基带处理模块够构成，所述基带处理模块通过若干根数据线组成的控制端口控制RF发射模块，RF发射模块通过RF发射端口输出发射信号，并且通过本振发射端口输出本振信号到RF接收模块的本振接收端口，RF接收模块从本振接收端口接收本振信号，从RF接收端口接收标签反射信号，并且输出解调后的基带信号到读写器的基带处理模块。

2、根据权利要求1所述的读写器，其特征在于所述RF发射端口和RF接收端口相互独立，RF发射端口和RF接收端口与天线前端电路的连接方式选择下述三种方式之一：

a、RF发射端口和RF接收端口分别连接到两个相邻的天线，一个天线作为读写器发射天线，另一个天线作为读写器接收天线，所述两个天线的极化方向相反，两个天线之间放置高隔离度的射频隔离带；

b、RF发射端口和RF接收端口分别连接到一个环形器的输入端口和耦合端口，再由环行器的输出端口连接到外部天线；

c、RF发射端口和RF接收端口分别连接到同一个天线的两个馈电端口上，其中一个天线端口是读写器发射信号的输入端口，另一个天线端口是标签反射信号的输出端口，所述天线的馈电结构具有收发隔离特性，两个端口之间射频信号高度隔离。

3、根据权利要求1或2所述的读写器，其特征在于所述RF发射模块由RF发射机和RF功率放大器两块芯片构成，RF发射机产生的射频信号经过RF功率放大器放大后，通过RF发射端口输出，RF发射模块输出到RF接收模块的本振信号的产生选择以下两种方式之一：

a、RF发射模块在RF发射机芯片输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口；

b、RF发射模块在RF功率放大器芯片输出管脚上微带线旁路输出本振信号到本振信号发射端口。

4、根据权利要求3所述的读写器，其特征在于所述RF接收模块采用微带线检波电路结构代替传统RF接收电路的二次混频电路结构或零中频电路结构，读写器RF接收模块中通过一条微带线连接本振接收端口和RF接收端口，从本振接收端口输入的本振信号和从RF接收端口输入的标签反射信号在所述微带线上相干，相干的RF信号经2或4路RF检波器电路转换成互相正交的I路和Q路基带信号，再进入RF接收模块的采样通道。

5、根据权利要求4所述的读写器，其特征在于所述RF接收模块的采样通道选择下述两种方式之一实现：

a、实时采样通道，互相正交的I路和Q路基带信号经过差分放大器芯片和信号调理电路，分别输出到读写器的基带处理模块；

b、时分采样通道，读写器在不同的时间段，通过开关电路选择I路或Q路信号中的一路信号，经过信号调理电路，输出到基带处理模块。

6、根据权利要求5所述的读写器，其特征在于所述RF接收模块的采样通道中信号调理电路是可编程模拟集成电路芯片、射频识别读写器专用芯片或者是若干个运算放大器芯片组成的信号滤波和放大电路。

7、根据权利要求6所述的读写器，其特征在于所述基带处理模块由微处理器芯片，A/D模数转换芯片和通讯接口芯片构成；微处理器芯片通过若干条数据线组成的控制端口直接控制读写器RF发射模块；从RF接收模块输入的基带信号经过基带处理模块的基带信号端口，进入A/D模数转换芯片转换成数字信号后，再进入微处理器芯片进行处理；微处理器芯片通过接口芯片与外部设备通信；接口芯片的接口为RS232接口或USB接口。

8、根据权利要求7所述的读写器，其特征在于所述微处理器芯片是单片机芯片、数字信号处理器芯片或可编程逻辑阵列芯片。

9、根据权利要求8所述的读写器，其特征在于所述读写器与工作在840-960MHz频段的无源射频识别标签进行无线远距离数据通讯，所述数据通讯具有标签识别、多标签防碰撞、读标签数据、写标签数据、标签加密解密和使标签失效功能。

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