CN104426578A

CN104426578A - 收发器

Info

Publication number: CN104426578A
Application number: CN201410444132.3A
Authority: CN
Inventors: 张劭彰; 张耿豪
Original assignee: JINGSUN TECHNOLOGY Corp
Current assignee: JINGSUN TECHNOLOGY Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-03-18
Also published as: TWI538420B; US20150063430A1; TW201511487A; US9413431B2

Abstract

本发明公开一种用于射频识别读取器的收发器。收发器包括一射频前端、一传送部件、一接收部件、一功率分配器及一微控制单元。功率分配器包括3个端，即包括与传送部件连接的一第一端、与接收部件连接的一第二端及与射频前端连接的一第三端；此外，微控制单元分别与传送部件以及接收部件连接，并产生一发送信号及接收一撷取数据。此外，本发明的收发器进一步包括一射频开关、一匹配电路及一接收电路。

Description

收发器

技术领域

本发明涉及一种收发器，尤指一种用于射频识别(radio frequencyidentification，RFID)读取器的收发器。

背景技术

现今，射频识别(radio frequency identification，RFID)已经被广泛应用在各种不同的领域。在传统RFID系统中的RFID读取器，模拟前端(analog frontend，AFE)具有一个复杂的结构，包含庞大的电路规模、高功率消耗以及高成本。图1为说明传统RFID读取器1的收发器11的方块图。参照图1，传统RFID读取器1的收发器11的AFE12包含一对I/Q混合器13(例如，一I通道混合器131与一Q通道的混合器132)、一对密集读取器模式(dense readermode，DRM)滤波器14、一对输入增益电路15、一对数字化仪器16、一接收信号强度指示(received signal strength indication，RSSI)测定仪17以及一输出增益电路18。

由RFID读取器1所接收到的从外部装置110(例如，RFID卷标)的RF信号(RF signal，RFS)会被传送到指向单元19，之后再传送到I/Q混合器13；所接收到的RF信号RFS藉由该对I/Q混合器13降频转换成I信道基频信号(I-channel baseband signal，IBS)以及Q信道基频信号(Q-channel basebandsignal，QBS)，而该对DRM滤波器14可以消除不需要的噪声和谐波分量。再者，该对输入增益电路15可以放大I信道基频信号IBS以及Q信道基频信号QBS。此外，被放大的I信道以及Q信道的基频信号可以藉由该对数字化仪器16转换成数字信号IDS(I-channel digital signal，I信道数字信号)以及QDS(Q-channel digital signal，Q信道数字信号)。数字信号IDS以及QDS被送到微控制单元(micro control unit，MCU)来进行后续处理。另一方面，被放大的I信道以及Q信道的基频信号也被送到RSSI测定仪17以量测RSSI，从而侦测来自其他外部装置的干扰。

然而，该对I/Q混合器13、DRM滤波器14以及输入增益电路15会消耗大量的功率，具有庞大的电路规模以及高成本，从而导致RFID读取器1中的收发器11具有过于庞大的体积以及高成本。再者，为了容纳大量功率的消耗，RFID读取器1可能需要外部的外部电源供应，例如，电池。因此，如此结构的RFID读取器11不适用在一便携设备上。

因此可以研发一种具有精简的电路结构、小体积及低功率消耗并适用于便携设备的RFID读取器。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明主要为公开一种小体积、低功率且适用于可携带装置的收发器。

为达到上述目的，本发明公开一种用于射频识别(radio frequencyidentification，RFID)读取器的收发器。本发明的收发器可包括一射频(radiofrequency，RF)前端，具有一天线以及与该天线连接的一RF滤波器；一传送部件，具有一第一匹配电路以及与该第一匹配电路连接的一传送电路；一接收部件，具有一第二匹配电路、一侦测电路、一放大器以及一模拟/数字信号(analog-to-digital，A/D)转换器；一功率分配器，具有与该传送部件中的该第一匹配电路连接的一第一端、与该接收部件中的该第二匹配电路连接的一第二端、以及与该RF前端中的该RF滤波器连接的一第三端；一微控制单元(micro control unit，MCU)，该MCU分别与该传送部件以及该接收部件连接，并可产生一发送信号及接收一撷取数据。此外，本发明的侦测电路可连接在该第二匹配电路与该放大器的一输入端之间，另外，本发明的A/D转换器可连接至该放大器的一输出端。

依据本发明的内容，该收发器可进一步包括一RF开关、一第三匹配电路以及一接收电路。该RF开关可具有三个端，分别与该功率分配器中的该第三端、该第三匹配电路以及该RF前端中的该RF滤波器连接。该接收电路以及该传送部件可以整合在一集成电路中并且可以进行长距离双向传输。

较佳地，本发明的第三匹配电路可以在该RF开关的该端与该接收电路的输入端之间提供阻抗匹配。

此外，本发明的第一匹配电路可以在该功率分配器中的该第一端与该传送电路的一输出端之间提供阻抗匹配，而该第二匹配电路可以在该功率分配器中的该第二端与该侦测电路的一输入端之间提供阻抗匹配。

较佳地，本发明的侦测电路可包括一二极管、一电容以及与该电容平行连接的一第一电阻。另外，该二极管的阳极可连接到该第二匹配电路，而该二极管的阴极可分别连接到该电容的一端以及该第一电阻的一端。

较佳地，本发明的二极管可为一萧克利(Shockley)二极管，此外，该电容以及该第一电阻可形成一低通滤波器。

较佳地，本发明的放大器可包括一运算放大器以及多个第二电阻。

较佳地，该放大器可以放大一基频信号，另外，该多个第二电阻可形成一带通滤波器。

较佳地，该A/D转换器可为一离散部件或是一集成部件，而当该A/D转换器是一集成部件时则可以整合在该MCU中。

较佳地，该功率分配器可为一威金森(Wilkinson)功率分配器。

附图说明

本发明的其它目的、好处与创新特征将可由以下本发明的详细范例连同附图而得知。在各附图中：

图1为说明传统RFID读取器的收发器的方块图；

图2A为说明依据本发明实施例的RFID读取器的方块图；

图2B为说明依据本发明实施例的图2A中的侦测电路以及放大器的方块图；

图3A为说明依据本发明另一实施例的RFID读取器的方块图；以及

图3B为说明依据本发明实施例的外部装置与RFID读取器的方块图。

其中，附图标记说明如下：

1 传统RFID读取器 11 收发器

12 模拟前端 13 I/Q混合器

14 密集读取器模式滤波器 15 输入增益电路

16 数字化仪器 17 接收信号强度指示测定仪

18 输出增益电路 19 指向单元

110 外部装置 2 RFID读取器

21 RF前端 211 天线

212 RF滤波器 22 功率分配器

22a-c 端 23 传送部件

231 匹配电路 232 传送电路

232a 输出端 24 接收部件

241 匹配电路 242 侦测电路

242a 输入端 243 放大器

243a 输入端 243b 输出端

244 A/D转换器 25 微控制单元

30 RFID标签 31 二极管

31a 阳极 31b 阴极

32 电容 32a-b 端

33 电阻 33a-b 连接端

34 运算放大器 34a 非反向输入端

34b 反向输入端 34c 输出端

35-38 电阻 37a-b 端

4 RFID读取器 41 接收电路

42 匹配电路 43 开关

43a-c 端 44 收发器芯片

具体实施方式

当并同各附图阅览时，即可更佳了解本发明较佳范例的前揭摘要以及上文详细说明。为达本发明的说明目的，各附图中绘有现属较佳的各范例。然应了解本发明并不限于所绘的精确排置方式及设备装置。

现将详细参照本发明附图所示的范例。所有附图尽可能以相同附图标记来代表相同或类似的部分。请注意附图以简化形式绘成，并未依精确比例绘制。

鉴于上述附图，本发明的主要目的在于提供一收发器。参照图2A，图2A为说明依据本发明实施例的RFID读取器2的方块图。参照图2A，RFID读取器2可包括射频(radio frequency，RF)前端21、功率分配器22、传送部件23、接收部件24、以及微控制单元(micro control unit，MCU)25。

该RF前端21可包括天线211以及与该天线211连接的RF滤波器212。该传送部件23可包括匹配电路231以及与该匹配电路231连接的传送电路232。该接收部件24可包括匹配电路241、侦测电路242、放大器243、以及模拟/数字信号(analog-to-digital，A/D)转换器244。在本发明的第一实施例中，侦测电路242可连接在匹配电路241以及放大器243的输入端243a之间。此外，A/D转换器244可连接至放大器243的输出端243b。

功率分配器22具有与RF滤波器212连接的一端22a以及与传送部件23的匹配电路231连接的一端22b和与接收部件24的匹配电路241连接的一端22c。

匹配电路231可以在该功率分配器22的该端22b与传送电路232的输出端232a之间提供阻抗匹配。同样地，匹配电路241可以在功率分配器22中的该端22c与侦测电路242的输入端242a之间提供阻抗匹配。

在传送模式下，读取器2可以传送一信号到距离读取器2相对远(例如，5公尺的范围)所设置的外部装置(未显示于附图中)，该传送的信号(transmittedsignal，TS1)可由MCU25产生。该信号TS1接着被传送电路232调变以及向上变频成RF信号TS2。该RF信号TS2可接着通过匹配电路231、功率分配器22以及该RF滤波器212传送到天线211。在本发明的其中一实施例中，功率分配器22可以但并不限定于Wilkinson功率分配器。再者，RF滤波器212可以消除RF信号TS2不需要的噪声与谐波分量。之后天线211可传送一已滤波的信号TS3到外部装置。

另一方面，在接收模式下，读取器2可以接收来自距离读取器2相对短距离(例如，50公分范围内)的外部装置30(例如，RFID卷标)的信号，来自外部装置30的RF信号RS1可以被天线211接收，接着，该信号RS1通过RF滤波器212、功率分配器22以及匹配电路241传送到侦测电路242。相同地，RF滤波器212可以消除RF信号RS1不需要的噪声与谐波分量(已滤波的RF信号被称为RS2)。

侦测电路242、放大器243以及A/D转换器244是作为一整体运作且可以将信号RS2向下变频以及解调变，而包含在信号RS2中的数据因此可被撷取。所撷取的数据之后被传送到MCU25。再者，通过接收部件24，来自其它装置(未显示于附图中)与信号RS1在相同频带(或频道)的信号也能同样被接收，而RSSI也可以被量测。

侦测电路242以及放大器243的详细结构及操作方式将参照本发明的实施例的图2B进行说明。

图2B为说明依据本发明实施例的图2A的侦测电路242以及放大器243的方块图。参照图2B，侦测电路242可包括二极管31、电容32、以及电阻33。在本发明其中一实施例中，该二极管31可以但并不限定于萧克利(Shockley)二极管。该二极管31的阳极31a可以连接至侦测电路241，该二极管31的阴极31b可以连接至电容32的一端32a以及该电阻33的一端33a。电容32与电阻33是以平行的方式连接。再者，电容32的一端32b与电阻33的一端33b是接地的。

二极管31可以纠正信号RS2。此外，电容32与电阻33可视作一整体运作且可与低通滤波器具有相同的功能来消除信号RS2的载子，从而将信号RS2向下变频成一基频信号RS3。

放大器243可包括运算放大器(operational amplifier，OP-AMP)34以及4个电阻35、36、37以及38。该OP-AMP34的非反向输入端34a可以通过电阻35来连接至二极管31的阴极31b，之后接收来自侦测电路242的基频信号RS3。此外，通过电阻36，反向输入端34b可以连接至一施加偏压Vb的电压源(未显示于附图中)。电阻37的一端37a可以连接至OP-AMP34的反向输入端34b，而电阻37的一端37b则可以接地。电阻38可以连接在OP-AMP34的非反向输入端34a与输出端34c之间。OP-AMP34可以放大基频信号RS3，而所述4个电阻35、36、37以及38可视作一整体来运作且与带通滤波器具有相同的功能并消除不需要的噪声。

被放大的基频信号RS4接着被传送到A/D转换器244，该A/D转换器244可以将所放大的基频信号RS4转换成数字信号。该数字信号代表包含在信号RS2中的数据。在本发明的一实施例中，A/D转换器244可以为离散部件。在本发明的另一实施例中，A/D转换器244可以整合在MCU25中。

图3A为说明依据本发明另一实施例的RFID读取器4的方块图。参照图3A，读取器4可相似于图2A中所说明的读取器2，除了读取器4可更进一步包括接收电路41、匹配电路42、以及开关43外。在本发明的第二实施例中，接收电路41以及传送电路232都是收发器芯片44的一部分并用来进行长距离双向传输。

在本发明的一实施例中，开关43可以但并不限定于单刀双掷(single poledouble throw，SPDT)RF开关。SPDT RF开关43具有三个端43a、43b及43c，分别与RF滤波器212、匹配电路42以及功率分配器22的该端22a连接。

在传送模式下，SPDT RF开关43可以配置成让RF前端21连接至功率分配器22的该端22a或反过来让RF前端21连接至传送电路232。参照上述本发明图2A的实施例，在传送电路232的帮助下，由MCU25所产生的信号可以传送至距离读取器4相对长距离的外部装置51(例如，依据本发明的实施例的外部装置51与RFID读取器4)。该外部装置51可以但并不限定于家电装置，例如，电视。

再次参照图3A，另一方面，在接收模式下，SPDT RF开关43可以配置成让RF前端21连接至匹配电路42或者反过来让RF前端21连接至接收电路41。在接收电路41的帮助下，来自外部装置51的信号可以被读取器4接收。

参照图3B，在传送电路232以及接收电路41的帮助下，家电装置51可以传送控制信号至读取器4及接收来自读取器4的控制信号。通过该控制信号，家电装置51以及装备读取器4的便携设备52(例如，平板计算机或是智能型手机)可以配置成一组。在本发明的一实施例中，该便携设备52可以与家电装置51的遥控器具有相同的功能。再者，在接收到来自于家电装置51的控制信号前，读取器4的接收电路41能测量RSSI以避免来自其它家电装置53与54的干扰。

在本发明第二实施例中，通过接收部件24的帮助，读取器4还可以接收来自RFID卷标30的信号。

在说明本发明的代表性范例时，本说明书已经提出操作本发明的该方法及/或程序做为一特定顺序的步骤。但是，某种程度上该方法或程序并不会依赖此处所提出的特定顺序的步骤，该方法或程序不应限于所述的特定的步骤顺序。如本领域技术人员将可了解，其它的步骤顺序亦为可行。因此，在本说明书中所提出的特定顺序的步骤不应被视为对于申请专利范围的限制。此外，关于本发明的方法及/或程序的申请专利范围不应限于在所提出顺序中的步骤的效能，本领域技术人员可立即了解所述顺序可以改变，且仍维持在本发明的精神及范围内。

熟习本领域的技术人员应即了解可对上述各项范例进行变化，而不致悖离其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于本说明书的特定范例，而为涵盖归属如后载各权利要求所定义的本发明精神及范围内的修饰。

Claims

1.一种用于射频识别读取器的收发器，其特征在于，其包括：

一射频前端，具有一天线以及与该天线连接的一RF滤波器；

一传送部件，具有一第一匹配电路以及与该第一匹配电路连接的一传送电路；

一接收部件，具有一第二匹配电路、一侦测电路、一放大器以及一模拟/数字信号转换器，其中，该侦测电路连接在该第二匹配电路与该放大器的一输入端之间，该模拟/数字信号转换器连接至该放大器的一输出端；

一功率分配器，具有与该传送部件中的该第一匹配电路连接的一第一端、与该接收部件中的该第二匹配电路连接的一第二端及与该射频前端中的该RF滤波器连接的一第三端；以及

一微控制单元，分别与该传送部件以及该接收部件连接，并产生一发送信号及接收一撷取数据。

2.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，进一步包括一RF开关、一第三匹配电路及一接收电路，其中，该RF开关具有三个端，是分别与该功率分配器中的该第三端、该第三匹配电路及该射频前端中的该RF滤波器连接，而将该接收电路及该传送部件整合在一集成电路中，并进行长距离双向传输。

3.如权利要求2所述的收发器，其特征在于，该第三匹配电路在该RF开关的该端与该接收电路的一输入端之间提供阻抗匹配。

4.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，该第一匹配电路在该功率分配器中的该第一端与该传送电路的一输出端之间提供阻抗匹配，而该第二匹配电路在该功率分配器中的该第二端与该侦测电路的一输入端之间提供阻抗匹配。

5.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，该侦测电路包括一二极管、一电容以及与该电容平行连接的一第一电阻，该二极管的阳极连接到该第二匹配电路，而该二极管的阴极分别连接到该电容的一端以及该第一电阻的一端。

6.如权利要求5所述的收发器，其特征在于，该二极管为一萧克利二极管，且该电容及该第一电阻形成一低通滤波器。

7.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，该放大器包括一运算放大器及多个第二电阻。

8.如权利要求7所述的收发器，其特征在于，该放大器放大一基频信号，且该多个第二电阻形成一带通滤波器。

9.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，该模拟/数字信号转换器为一离散部件或一集成部件，且当该模拟/数字信号转换器是一集成部件时，将该模拟/数字信号转换器整合在该微控制单元中。

10.如权利要求1所述的收发器，其特征在于，该功率分配器为一威金森功率分配器。