CN105590074B

CN105590074B - 无线射频识别读取器

Info

Publication number: CN105590074B
Application number: CN201410558261.5A
Authority: CN
Inventors: 张忠平; 刘坤松; 刘嘉展; 庄俊雄
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2019-01-15
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CN105590074A

Abstract

一种无线射频识别读取器。该读取器包括一功率放大器、一低噪声放大器、一环行器、一自动调整匹配电路、以及一控制电路。该功率放大器发出一第一RF传送信号。该低噪声放大器传送对应上述第一RF传送信号的一第一RF感应信号。该环行器耦接于上述功率放大器和低噪声放大器之间，传送上述第一RF传送信号至一RF连接端进行传送或由上述RF连接端接收上述第一RF感应信号。该自动调整匹配电路耦接上述环行器，对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。该控制电路耦接上述自动调整匹配电路，调整上述自动调整匹配电路以对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。

Description

无线射频识别读取器

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及适用于无线射频识别系统的读取器。

现有技术

无线射频识别(Radio Frequency IDentification，下称RFID)是一种无线通信技术，可以通过RFID读取器发射无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

现有RFID读取器多采用定向耦合器(Direction Coupler)隔离信号传送端和输入端，会严重的衰减输入端的信号，导致接收端灵敏度严重不足。

因此需要一种读取器，其可增加接收端灵敏度，同时提供传送端和输入端的良好的隔离度。

发明内容

本发明一实施例揭示了一种读取器，包括一功率放大器(Power Amplifier)、一低噪声放大器(Low Noise Amplifier)、一环行器(circulator)、一自动调整匹配电路、以及一控制电路。该功率放大器发出一第一射频(RF)传送信号。该低噪声放大器传送对应上述第一RF传送信号的一第一RF感应信号。该环行器耦接于上述功率放大器和低噪声放大器之间，传送上述第一RF传送信号至一RF连接端进行传送或由上述RF连接端接收上述第一RF感应信号。该自动调整匹配电路耦接上述环行器，对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。该控制电路耦接上述自动调整匹配电路，调整上述自动调整匹配电路以对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。

本发明又一实施例还揭示了一种RFID读取器，包括一功率放大器、一低噪声放大器、一混频器、一可选滤波器、一环行器、一自动调整匹配电路、以及一控制电路。该功率放大器发出一第一RF传送信号。该低噪声放大器传送对应上述第一RF传送信号的一第一RF感应信号，其中上述第一RF感应信号带有一上标签信号以及一下标签信号，以及上述第一RF传送信号和上述第一RF感应信号具有一相同的RF频率。该混频器耦接上述低噪声放大器，将上述第一RF感应信号进行下转换。该可选滤波器，耦接上述混频器，对上述下转换后的上标签信号和上述下标签信号进行滤波，以及由上述滤波后的上标签信号和上述下标签信号中选择较为清晰的一个输出。该环行器耦接于上述功率放大器和低噪声放大器之间，传送上述第一RF传送信号至一RF连接端进行传送或由上述RF连接端接收上述第一RF感应信号。该自动调整匹配电路耦接上述环行器，对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。该控制电路耦接上述自动调整匹配电路，调整上述自动调整匹配电路以对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配。

附图说明

图1为本发明实施例中一种RFID系统1的方块图。

图2为本发明实施例中一种RFID读取器2的方块图。

图3A和3B为表示图2可选滤波器212运作方式的波形图。

附图标记说明

1～RFID系统；

10～RFID读取器；

100～传收器；

102～PA；

104～LNA；

105～方向耦合器；

106～天线；

12～RFID；

120～无源标签；

122～天线；

2～RFID读取器；

200～PA；

202～环行器；

204～自动调整匹配电路；

206～控制电路；

208～LNA；

210～混频器；

212～可选滤波器212；

214～ADC；

Sctrl～控制信号；

Sout、Sout’～输出信号；

Sin、Sin’～输入信号；

LO～下转换时钟；

Ssel～选择信号；

Din～数字输出；

C～载波信号；

BPF1、BPF2～带通滤波器范围；

T_U、T_L～较高及较低Tag回传信号；

S_{up_adj_ch}、S_{lo_adj_ch}～较高及较低相邻通道信号；以及

f_{up_adj_ch}、f_{lo_adj_ch}～较高及较低相邻通道频率。

具体实施方式

在此必须说明的是，于下揭示内容中所提出的不同实施例或范例，用以说明本发明所揭示的不同技术特征，其所描述的特定范例或排列用以简化本发明，但不用以限定本发明。此外，在不同实施例或范例中可能重复使用相同的参考数字与符号，这些重复使用的参考数字与符号用以说明本发明所揭示的内容，而不用以表示不同实施例或范例间的关系。

图1为本发明实施例中一种RFID系统1的方块图，包括RFID读取器10以及RFID标签12。RFID标签12为一种没有内部供电电源的无源式装置。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动。RFID读取器10首先发出电磁波，当RFID标签12收到足够的电磁波能量时，便会向RFID读取器10发出标签数据，上述标签数据包括独一无二的标签序列号，或是例如为储藏量、份额、批号、生产日期这样的与产品相关的具体信息，并可还包括预先存在于RFID标签12中电可擦除可编程只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)中的数据。无源式标签具有价格低廉，无需电源的优点。目前市场的RFID标签主要是无源式的。

RFID读取器10包括传收器100、功率放大器(Power Amplifier，PA)102、低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)104、方向耦合器105、以及天线106。RFID标签12包括天线122、以及无源标签120。

RFID读取器10通过PA102和天线106传送电磁波至空气中，RFID标签12的天线122接收带有能量的电磁波进而对应产生RF感应信号通过天线122回传至RFID读取器10。RFID标签12回传的RF感应信号和RFID读取器10所传送的电磁波频率相同，且带有无源标签120内存储的标签信息。方向耦合器105虽有在传送端和接收端之间具有良好的电性绝缘(isolation)，可让传送端和接收端能同时动作，但方向耦合器105却会严重的衰减接收端收到的信号。另外，电性绝缘不良的方向耦合器105会引起自我干扰(Self-jamming)和相邻通道干扰(Adjacent/Co-channel interference)的问题。

RFID读取器10可由图2中的RFID读取器2实现。图2为本发明实施例中一种RFID读取器2的方块图，包括功率放大器200、环行器(circulator)202、自动调整匹配电路204、控制电路206、低噪声放大器208、混频器210、可选滤波器212、以及模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)214。

功率放大器200加强输出信号Sout的功率，通过环行器202将放大输出信号Sout’(第一RF传送信号)送至RF连接端。上述RF连接端包括RF绕线、RF开关、RF电缆、线圈或天线等等。放大输出信号Sout’为一种RF传送信号，通过线圈或天线在空中传播，藉以感应和读取附近一个或多个RFID标签(未图示)。低噪声放大器208通过环行器202由上述RF连接端接收对应放大输出信号Sout’的RF感应信号Sin’(第一RF感应信号)并输出放大输入信号Sin。RF感应信号Sin’带有具有RFID标签信息的上标签信号和下标签信号。环行器202耦接于功率放大器200和低噪声放大器208之间。自动调整匹配电路204耦接环行器202，对上述RF连接端的一阻抗进行匹配。控制电路206耦接上述自动调整匹配电路204，调整自动调整匹配电路204以对上述RF连接端环行器202进行阻抗匹配。

RFID读取器2采用环行器202从功率放大器200传送输出信号Sout’至RF连接端以及由RF连接端接收输入信号Sin’至低噪声放大器208。由于环行器202具有传送端和接收端间的良好隔离度，且具有极小的介入损失(insertion loss)，所以能获得最少的接收路径损失，进而能有效的提升接收灵敏度(sensitivity)。由于介入损失变小，因此需要自动调整匹配电路204来让环行器202与前端RF连接端获得良好的匹配，以降低传送输出信号Sout’时由于部分信号反射所造成的自我干扰(Self-jamming)信号。

另外，由于特高频(Ultra High Frequency，UHF)频段的RFID通道采用跳频机制，且前端RF绕线阻抗并不固定，可能会因为印刷电路板(Printed Circuit board，PCB)和元件制造工艺变化、RF电缆更换、或天线更换，而使RF连接端的阻抗有所改变，故不能使用固定的匹配方式。使用具有调整功能的自动调整匹配电路204才能有效降低自我干扰。自动调整匹配电路204包括可调电容、电感和电阻元件。控制电路206可根据放大输入信号Sin调整自动调整匹配电路204直到达到最小的自我干扰为止。

在阻抗匹配调整时传送端的功率放大器200可发送一单音信号(single tone)，并且低噪声放大器208的输出端会相应输出放大输入信号Sin。当阻抗匹配不佳时低噪声放大器208会收到较多单音信号的反射信号，并输出相应的放大输入信号Sin。控制电路206会根据放大输入信号Sin的值，使用自动阻抗匹配调整算法通过控制信号Sctrl来调整自动调整匹配电路204中的可调电容、电感和电阻元件，以降低放大输入信号Sin。控制电路206可藉由多个回合的调整来降低放大输入信号Sin及移除环行器202和RF连接端间的电阻失配(mismatch)，藉以大幅降低自我干扰。因此，自动调整匹配电路204和控制电路206搭配环行器202可有效加强灵敏度。

混频器210从低噪声放大器208的输出端接收放大输入信号Sin，并通过时钟L将放大输入信号Sin下转换至中频(Intermediate Frequency，IF)或零频(Zero Frequency)。下转换后的RF感应信号Sin’带有具有相同RFID标签信息的下转换上标签信号和下转换下标签信号。可选滤波器212耦接混频器210，对下转换后的上标签信号和下标签信号进行滤波，以及由滤波后的上标签信号和下标签信号中选择较为清晰的一个输出。模拟数字转换器214耦接混频器212，将滤波后的上标签信号和上述下标签信号转换为数字信号。一控制器或处理器再根据上述数字转换后的上标签信号和上述下标签信号判定哪个较为清晰，并选择较为清晰的标签信号进行信号处理以获得RFID标签信息。图3A和3B显示上标签信号和下标签信号的选择方法。

为降低相邻通道干扰(adjacent channel interference)问题，故采用可选滤波器212来降低相邻通道干扰，在前面提到，由于多个RFID读取器所采用的通道频段与标签(Tag)回传信号在频段上相当接近，所以信号干扰的影响相当严重。采用传统单一的滤波器方式不能有效滤除，故提出实施例中的可选滤波器212来减低或滤除相邻通道干扰。

由于UHF RFID是采用跳频机制，而同时被左右两个相邻通道的RFID读取器干扰的机率远低于被单一个相邻通道的RFID读取器干扰的机率。请参考图3A和3B，其中显示图2可选滤波器212运作方式的波形图。如图3A和3B所示，由于回传的上标签信号T_U和下标签信号T_L在频域上是坐落于载波主频C左右，再将左右两个上标签信号T_U和下标签信号T_L降至中频后通过可选滤波器212各自滤波，再将滤波结果经模拟数字转换器214数字化经比较后便可选其较清晰的信号，则可有效降低相邻通道干扰问题。

如图3A，若干扰信号来自较高频相邻通道S_{up_adj_ch}，则经比较后，数字控制器或处理器会判定较低的下标签信号T_L会比较高的上标签信号T_U来的清晰，所以会选择较低的下标签信号T_L，即可选滤波器212在载波主频C左边以带通滤波范围BPF1滤波后的结果。反之，如图3B，若干扰信号来自较低频相邻通道S_{lo_adj_ch}，则经比较后，数字控制器或处理器会判定较高的上标签信号T_U会比较低的下标签信号T_L来的清晰，所以会选择较高的Tag回传信号T，即可选滤波器212在载波主频C右边以带通滤波范围BPF2滤波后的结果。

实施例中揭示的RFID读取器在传送端和接收端间使用环行器传递RF信号，增加接收端灵敏度，同时提供传送端和输入端间良好的隔离度。另外，通过自动调整匹配电路和控制电路可对环行器和RF连接端进行阻抗匹配，进而降低或移除自我干扰；通过可选滤波器可由接收到的上标签信号和上述滤波后的下标签信号中选择较为清晰的一个输出，进而降低或移除相邻通道干扰。

虽然图1、2、3A和3B说明的是RFID系统以及RFID读取器的运作，但本发明不以此为限，本领域技术人员可知其他的微波单频收发系统，例如激光系统，也可以使用实施例所揭示的架构实现。

本领域技术人员还可理解说明书中所述的各个逻辑区块、模块、处理器、执行装置、电路和算法步骤可由电路硬件(例如数字实现硬件、模拟实现硬件，或两者的结合，其可由来源码或其他相关技术加以设计实现)，使用指令的各种形式的程序码或设计码(这里可另外称为软件或软件模块)，或上述两者的结合而加以实现。为了清楚显示上述软件和硬件的互换性，说明书描述的各种图示元件、块、模块、电路、及步骤通常以其功能进行描述。这些功能要以软件或硬件实现会和完整系统的特定应用和设计限制有关。本领域技术人员可针对每个特定应用而以各种方式实现描述的功能，但是实现方式的决定不会偏离本发明的精神和范围。

另外，本发明描述的各种逻辑块、模块、以及电路可以使用集成电路(IntegratedCircuit，IC)实现或由接入终端或存取点执行。集成电路可包括通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、特定应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或其他可程控逻辑元件、离散式逻辑电路或晶体管逻辑门、离散式硬件元件、电性元件、光学元件、机械元件或用于执行本发明所描述的执行的功能的其任意组合，其可执行集成电路内驻、外部，或两者皆有的程序码或程序指令。通用处理器可以为微处理器，或者，该处理器可以为任意商用处理器、控制器、微处理器、或状态机。处理器也可由计算装置的结合加以实现，例如DSP和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器以及DSP核心、或其他各种设定的结合。

本领域技术人员可理解本发明揭示程序步骤的特定顺序或序列仅为举例。根据设计偏好，本领域技术人员可理解只要不偏离本发明的精神和范围，本发明揭示程序步骤的特定顺序或序列可以以其他顺序重新排列。本发明实施例的方法和要求所伴随的各种步骤顺序只是举例，而不限定于本发明揭示程序步骤的特定顺序或序列。

所述的方法或算法步骤可以以硬件或处理器执行软件模块，或以两者结合的方式实现。软件模块(例如包括可执行指令和相关数据)及其他数据可内驻于数据存储器之内，如RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、暂存器、硬盘、软盘、光磁盘、或是任何其他机器可读取(如计算机可读取)存储介质。数据存储介质可耦接至机器，如计算机或处理器(其可称为“处理器”)，处理器可从存储介质读取及写入程序码。数据存储介质可整合至处理器。处理器和存储介质可内驻ASIC之内。ASIC可内驻在用户设备。或者处理器和存储介质可以以离散元件的形式驻在用户设备之内。

本发明虽以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims

1.一种读取器，包括：

一功率放大器，输出一第一RF传送信号；

一低噪声放大器，传送对应上述第一RF传送信号的一第一RF感应信号并输出放大信号；

一环行器，耦接于上述功率放大器和上述低噪声放大器之间，传送上述第一RF传送信号至一RF连接端进行传送或由上述RF连接端接收上述第一RF感应信号；

一自动调整匹配电路，耦接上述环行器，对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配；以及

一控制电路，耦接上述自动调整匹配电路，根据所述放大信号的值来调整上述自动调整匹配电路以对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配，

其中上述第一RF感应信号带有一上标签信号以及一下标签信号，其中上标签信号和下标签信号具有相同标签信息，并且上标签信号的频率高于下标签信号的频率，上述读取器还包括：

一混频器，耦接上述低噪声放大器，将上述第一RF感应信号进行下转换；以及

一可选滤波器，耦接上述混频器，对上述下转换后的上标签信号和上述下转换后的下标签信号进行滤波，以及由上述滤波后的上标签信号和上述滤波后的下标签信号中选择较为清晰的一个输出。

2.如权利要求1所述的读取器，还包括：

一模拟数字转换器，耦接上述可选滤波器，将上述滤波后的上标签信号和上述滤波后的下标签信号转换为数字信号，根据上述数字转换后的上标签信号和上述数字转换后的下标签信号判定哪个较为清晰。

3.如权利要求1所述的读取器，其中，当上述功率放大器发出上述第一RF传送信号时，上述控制电路根据上述低噪声放大器收到的一自我干扰信号而调整上述自动调整匹配电路，用以降低上述自我干扰信号。

4.如权利要求1所述的读取器，其中，上述第一RF传送信号和上述第一RF感应信号具有一相同的RF频率。

5.如权利要求1所述的读取器，其中，上述读取器为一无线射频识别读取器。

6.一种无线射频识别读取器，包括：

一功率放大器，发出一第一RF传送信号；

一低噪声放大器，传送对应上述第一RF传送信号的一第一RF感应信号，其中上述第一RF感应信号带有一上标签信号以及一下标签信号，以及上述第一RF传送信号和上述第一RF感应信号具有一相同的RF频率；

一混频器，耦接上述低噪声放大器，将上述第一RF感应信号进行下转换；

一可选滤波器，耦接上述混频器，对上述下转换后的上标签信号和上述下标签信号进行滤波，以及由上述滤波后的上标签信号和上述滤波后的下标签信号中选择较为清晰的一个输出；

一控制电路，耦接上述自动调整匹配电路，调整上述自动调整匹配电路以对上述RF连接端和上述环行器进行阻抗匹配，

其中，上标签信号和下标签信号具有相同标签信息，并且上标签信号的频率高于下标签信号的频率。

7.如权利要求6所述的无线射频识别读取器，还包括：

8.如权利要求6所述的无线射频识别读取器，其中，当上述功率放大器发出上述第一RF传送信号时，上述控制电路根据上述低噪声放大器收到的一自我干扰信号而调整上述自动调整匹配电路，用以降低上述自我干扰信号。