CN103235962B - 一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，该读写器还包括可控衰减器，该可控衰减器接于该耦合设备的接收端与该接收模组之间的接收通道，以在数字处理电路输出的衰减控制信号控制下，使该可控衰减器于该读写器接收时衰减为0或很小，于该读写器发射时衰减很大，通过本发明，消除了读写器的发射干扰，避免了后续电路瞬态响应造成的数据丢失。

Description

一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器

技术领域

本发明属于射频电子标签(RFID)领域，涉及一种超高频电子标签读写器，具体为一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性自动识别目标对象并获取相关信息，实现自动识别。作为一项关键技术，RFID由于其众多便利的特点和广泛的应用领域，越来越受到人们的普遍关注。RFID技术有着十分广泛的应用前景，其可以应用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域，给人们生活带来了极大的便利。

在RFID系统中，相对于13.56MHz及更低频率的系统而言，超高频识别技术(UHF RFID)由于其工作频段电磁波的波长较短，因此标签可以采用物理尺寸相对很小的天线收发信号，从而为标签的小型化和低成本奠定了基础，因此超高频射频识别技术(UHF RFID)是近年来的重点发展方向。

目前对于超高频技术，国际标准ISO18000-6C规定了860-960MHz的工作频段，ISO18000-4规定了2.45GHz的工作频段，而世界各国也分别制定了各自国家的许可工作频段，大概每个频段4～20MHz宽度不等，如我国规定840-845MHz及920-925MHz频段用作UHF RFID。对于UHF RFID系统简单而言，由标签(Tag)、RFID读写设备(Reader)以及应用软件平台构成。标签和RFID读写设备是UHF RFID系统的硬件基础，其工作原理为：(1)RFID读写设备发射电磁波给标签，对标签进行指令控制、信息写入读出操作；(2)标签一方面接收RFID读写设备发射来的电磁波信号，另一方面，对于无源标签而言，利用RFID读写设备发射来的电磁波转化为直流电源电压，作为标签的工作电源；(3)标签将RFID读写设备发射的电磁波通过背向散射机制将标签的信息返回RFID读写设备。

可见，读写器作为UHF RFID硬件基础的RFID读写设备，其性能对于UHFRFID系统至关重要。目前，读写器有几种方案，一是采用专用单芯片来实现，二是用分离元器件来实现，但不管采用何种方式，普遍采用直接变频技术。图1为现有技术的一种超高频电子标签读写器电路图。如图1所示，读写器包括天线101、环形器102、发射模块103、接收模块104、锁相环电路105、数字处理电路106以及包括电源、主控、通信等模块的其他电路107，现有技术中，接收模块104将接收到的射频信号直接送到零中频下变频器进行下变频得到基带信号，滤除直流后在低频对基带信号进行处理。图2为现有技术之读写器的典型工作过程示意图，如图2所示，由于电子标签会在T1时刻时按协议返回相应信息给读写器，T1参数协议规定为Max(RTcal，10Tpri)，RTcal和Tpri是和发射速率相关的时间参数，确定发射和返回速率后，该参数T1恒定，T1允许的变化很小，读写器必须在T1时间后或之前开始检测帧头和解码，若帧头检测错误则丢弃该数据；而发射时载波调制深度达到80～100％，其泄漏进入下变频器后会形成一个幅度很高的基带干扰输出，而这个干扰处于有效基带带宽内，无法用基带滤波器滤除，经放大后会导致基带的可变增益放大器因响应速度不及时而出现饱和或充放电问题，使得无法辨认返回信号的帧头，从而导致帧头即数据丢失，因此发射时必须关闭接收通道来避免发射造成的丢失数据，关闭基带电路可以避开发射干扰，但基带电路重启时会因瞬态响应出现很多毛刺，这使得关闭基带消除发射干扰变得复杂甚至不可行。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明之目的在于提供一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其通过在耦合设备与接收模组之间的接收通道设置在接收时衰减很小而在发射时衰减很大的可控衰减器，消除了读写器的发射干扰，避免了后续电路瞬态响应造成的数据丢失。

为达上述及其它目的，本发明实现了一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，该读写器还包括可控衰减器，该可控衰减器接于该耦合设备的接收端与该接收模组之间的接收通道，以在数字处理电路输出的衰减控制信号控制下，使该可控衰减器于该读写器接收时衰减为0或很小，于该读写器发射时衰减很大。

进一步地，该数字处理电路根据该发射模组的工作情况产生该衰减控制信号，并将其输出至该可控衰减器进行控制。

进一步地，于该发射模组进行发射命令时，该数字处理电路于发射命令同时或提前t0时刻发送使可控衰减器衰减很大的衰减控制信号。

进一步地，于该发射模组发射命令结束时，该数字处理电路于发射命令结束的同时或延迟t2时刻发送使可控衰减器衰减为0或很小的衰减控制信号。

进一步地，该可控衰减器的输入输出阻抗恒定或变化小于20％。

进一步地，该衰减控制信号可为控制电压。

进一步地，该读写器在接收时该数字处理电路输出的控制电压为逻辑0/1，该读写器在发射时该数字处理电路输出的控制电压为逻辑1/0。

进一步地，该可控衰减器使用PIN本征二极管实现。

进一步地，该读写器使用多个可控衰减器进行多级衰减。

进一步地，该可控衰减器于该读写器发射时衰减大于20dB。

与现有技术相比，本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其通过在耦合设备与接收模组之间的接收通道设置在接收时衰减很小而在发射时衰减很大的可控衰减器，消除了读写器的发射干扰，避免了后续电路瞬态响应造成的数据丢失。

附图说明

图1为现有技术中超高频电子标签读写器的电路结构图；

图2为现有技术之读写器的典型工作过程示意图；

图3为本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器之较佳实施例的电路结构图；

图4为本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器之另一较佳实施例的电路结构图；

图5为本发明较佳实施例的典型工作过程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图3为本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器之较佳实施例的电路结构图。如图3所示，本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，包括天线301、定向耦合设备302(以下以环形器为例说明)、可控衰减器模组303、接收模组304、发射模组305、锁相环模块306、数字处理电路307以及包括电源、主控、通信等模块的其他电路308。

天线301，从空间接收射频RF信号或向空间发射射频RF信号，通过射频电缆与环形器302相连；环形器302用于实现射频天线的收发复用，其分别与接收模组304及发射模组305连接，其也可以为其他定向耦合设备，此为现有技术，在此不予详述；可控衰减器303，接于环形器302的接收端与接收模组304之间的接收通道，以在数字处理电路输出的衰减控制信号控制下，使该可控衰减器303于接收时衰减为0或很小，如趋近于0，发射时衰减很大，如大于20dB，该可控衰减器的阻抗恒定，或至少在衰减和直通状态时及切换时阻抗不变或变化很小(如小于20％)以保证不在后续接收通路形成毛刺；接收模组304包括下变频器、滤波器、可变增益放大器1以及ADC模数转换器，接收模组304连接于可控衰减器303，从可控衰减器303接收消除了发射干扰的射频RF信号，经下变频、滤波、增益放大以及模数转换处理后，送至数字处理电路307进行处理；发射模组305，包括DAC-1(数模转换器)、调制器、可变增益放大器2及功率放大器，将数字处理电路307输出的调制数字信号，进行数模转换、OOK或ASK调制、增益放大及功率放大后通过环形器302送至天线301发射出去；锁相环模块306用于产生发射接收时的连续载波(发射时提供载波，接收时提供本振和发射载波)，其包括锁相环及缓冲器，锁相环由MCU控制频率，缓冲器输出连接接收模块的下变频器及发射模块的调制器；数字处理电路307，接收ADC模数转换器输出的数字信号，进行处理，将处理结果上传给系统，发射时将基带数据的数字信号输出给DAC数模转换器，同时数字处理电路307根据发射模组305的工作情况产生衰减控制信号，并将其输出至可控衰减器303进行控制；以及其他电路模块308，包含系统控制、稳压电路以及通信接口等模块，这些均是现有读写器的常用模块，在此则不予详述。

在本发明较佳实施例中，可控衰减器303的输入输出阻抗恒定，如50欧，数字处理电路307输出的衰减控制信号可为控制电压，可控衰减器303的衰减随控制电压改变，如在接收时控制电压为逻辑0/1，可控衰减器303衰减为0或很小，在发射时控制电压为逻辑1/0，其可控衰减器303衰减很大如大于20dB。经可控衰减器303衰减进行消除发射干扰的射频信号还可通过一低噪声放大器处理后再送入接收模组304的下变频器，如图4所示。

图5为本发明较佳实施例的典型工作过程示意图。如图4所示，如于发射模组TX进行发射命令时，数字处理电路307与发射命令同时或提前t0时刻发送衰减控制信号CTL控制可控衰减器衰减最大，在本发明较佳实施例中，衰减控制信号CTL为逻辑1，发射命令结束时，数字处理电路307于发射命令结束的同时或延迟t2时刻发送衰减控制信号CTL使可控衰减器衰减为0或很小，在本发明较佳实施例中，衰减控制信号CTL为逻辑0，需说明的是，数字处理电路307至少于接收模组开始接收前发送使可控衰减器衰减为0或很小的衰减控制信号以便接收通道准确接收。

在此需说明的是，如果一级可控衰减器衰减不够，则可以使用多级。典型的可控衰减器可以使用PIN本征二极管(Positive-Intrinsic-Negative Diode)实现，由于阻抗恒定且未关闭任何电路，因此发射和接收切换时不存在切换造成的阻抗失配，对射频信号来说，不会产生反射以及不存在毛刺，下变频后就不存在毛刺或干扰。

可见，本发明一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其通过在耦合设备与接收模组之间的接收通道设置在接收时衰减很小而在发射时衰减很大的可控衰减器，消除了读写器的发射干扰，避免了后续电路瞬态响应造成的数据丢失。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，其特征在于：该读写器还包括可控衰减器，该可控衰减器接于该耦合设备的接收端与该接收模组之间的接收通道，以在数字处理电路输出的衰减控制信号控制下，使该可控衰减器于该读写器接收时衰减为0或很小，于该读写器发射时衰减很大；于该发射模组进行发射命令时，该数字处理电路于发射命令同时或提前t0时刻发送使可控衰减器衰减很大的衰减控制信号，于该发射模组发射命令结束时，该数字处理电路于发射命令结束的同时或延迟t2时刻发送使可控衰减器衰减为0或很小的衰减控制信号。

2.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该数字处理电路根据该发射模组的工作情况产生该衰减控制信号，并将其输出至该可控衰减器进行控制。

3.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该可控衰减器的输入输出阻抗恒定或变化小于20％。

4.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该衰减控制信号可为控制电压。

5.如权利要求4所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该读写器在接收时该数字处理电路输出的控制电压为逻辑0/1，该读写器在发射时该数字处理电路输出的控制电压为逻辑1/0。

6.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该可控衰减器使用PIN本征二极管实现。

7.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该读写器使用多个可控衰减器进行多级衰减。

8.如权利要求1所述的一种消除发射干扰的超高频电子标签读写器，其特征在于：该可控衰减器于该读写器发射时衰减大于20dB。