CN108959996A - 一种超高频rfid读写器8天线扩展电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，涉及RFID射频技术领域。包括：主控制器芯片上设有GPIO‑0端口、天线配置端口ANT0‑1和ANT1‑1；天线扩展电路包括两级RF开关，分别为单刀双掷开关和两个单刀四掷开关，单刀双掷开关通过外部反相器、GPIO‑0端口与主控制器芯片连接；两个单刀四掷开关均与单刀双掷开关、天线配置端口ANT0‑1和ANT1‑1连接，两个单刀四掷开关各自设有四个天线端口；射频输入RF‑In通过环形器与单刀双掷开关连接。本申请为基于英频杰R2000芯片的超高频RFID读写器8天线扩展电路，通过使用主控制器芯片的GPIO‑0端口、天线配置端口ANT0‑1和ANT1‑1、外部反相器以及RF开关，实现1通道转8通道的逻辑控制功能，增加RFID的覆盖范围，实现减少开发周期、降低开发成本的目的。

Description

一种超高频RFID读写器8天线扩展电路
技术领域
本申请涉及RFID射频技术领域，尤其涉及一种超高频RFID读写器8天线扩展电路。
背景技术
射频识别RFID(Radio Frequency Identification，简称RFID)是一种利用射频信号自动识别目标对象并获得应用的系统。其核心技术包括无线电射频、计算机软件、电路与系统、密码学等。随着物联网的发展，超高频RFID技术在军工、民用、工业智能生产线、智慧物流、智能仓储等智能制造领域得到了广泛的应用。
现有市面上的RFID读写器通过天线进行无线通信，但现有的输出通道多为2通道、4通道，在需要较大的覆盖范围时，通常增加RFID读写器的数量，若采用多个RFID读写器会增加了用户的开发成本；有时受到外接天线的增益及射频信号波束方向性的约束，RFID读写器的数量会有所限定，射频识别系统也因此无法实现全面积或一定范围内的有效覆盖，对项目的实施带来了开发难度，如果通过与其他增加通道的方案结合，则需要设计较为复杂的电路，不仅成本较高，而且无法保证电路稳定性。
发明内容
本申请提供了一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，以解决现有RFID读写器的扩展通道少，无法实现有效的场强覆盖等问题。
一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，包括：主控制器芯片，所述主控制器芯片上设有GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1；天线扩展电路包括两级RF开关，第一级RF开关为单刀双掷开关，第二级RF开关为两个单刀四掷开关，其中所述单刀双掷开关通过外部反相器、所述GPIO-0端口与所述主控制器芯片连接；两个所述单刀四掷开关均与所述单刀双掷开关、所述天线配置端口ANT0-1、所述天线配置端口ANT1-1连接，两个所述单刀四掷开关各自设有四个天线端口；
射频输入RF-In通过射频环形器/耦合器与所述单刀双掷开关连接。
可选的，还包括外部译码器，所述外部译码器分别与所述GPIO-0端口、所述天线配置端口ANT0-1、所述天线配置端口ANT1-1连接，并与两个所述单刀四掷开关上的八个天线端口相对应的八个LED指示灯相连接。
可选的，所述主控制器芯片的型号为AT91SAM7S256D-AU，其中所述GPIO-0端口的驱动电路为PA26，所述天线配置端口ANT0-1和所述天线配置端口ANT1-1的驱动电路分别为PA5、PA6。
可选的，所述单刀双掷开关的型号为RF1200TR7，两个所述单刀四掷开关的型号均为RF1604TR7。
可选的，所述外部译码器的型号为SN74HC138PWR。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
与现有技术相比，本申请提供了一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，包括：主控制器芯片，主控制器芯片上设有GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1；天线扩展电路包括两级RF开关，第一级RF开关为单刀双掷开关，第二级RF开关为两个单刀四掷开关，其中单刀双掷开关通过外部反相器、GPIO-0端口与主控制器芯片连接；两个单刀四掷开关均与单刀双掷开关、天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1连接，两个单刀四掷开关各自设有四个天线端口；射频输入RF-In通过射频环形器/耦合器与单刀双掷开关连接。本申请为基于英频杰R200芯片的超高频RFID读写器8天线扩展电路，通过使用主控制器芯片的GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1、外部反相器以及多个RF开关，实现1通道转8通道的逻辑控制功能，进一步增加RFID的覆盖范围，实现在特定场合应用中减少开发周期、降低开发成本的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种超高频RFID读写器8天线扩展电路的电路框图。
图2为本申请实施例提供的一种超高频RFID读写器8天线扩展电路的电路图。
图3为本申请实施例提供的1转8通道的天线扩展LED指示电路图。
具体实施方式
请参考附图1，该图为本申请实施例提供的一种超高频RFID读写器8天线扩展电路的电路框图。
一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，包括：主控制器芯片，主控制器芯片上设有GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1；天线扩展电路包括两级RF开关，第一级RF开关为单刀双掷开关，第二级RF开关为两个单刀四掷开关，其中单刀双掷开关通过外部反相器、GPIO-0端口与主控制器芯片连接；两个单刀四掷开关均与单刀双掷开关、天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1连接，两个单刀四掷开关各自设有四个天线端口；射频输入RF-In通过射频环形器/耦合器与单刀双掷开关连接。
本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路是基于英频杰R2000芯片而设计的扩展电路。
可选的，还包括外部译码器，外部译码器分别与GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1连接，并与两个单刀四掷开关上共八个天线端口相对应的八个LED指示灯相连接。
本申请实施例提供超高频RFID读写器8天线扩展电路，当选择相应天线工作时，通过外部译码器可控制对应天线的LED指示。
可选的，主控制器芯片的型号为AT91SAM7S256D-AU，其中GPIO-0端口的驱动电路为PA26，天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1的驱动电路分别为PA5、PA6。
可选的，单刀双掷开关的型号为RF1200TR7，两个单刀四掷开关的型号均为RF1604TR7。
可选的，外部译码器的型号为SN74HC138PWR。
如图1所示，本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路，主要包括：型号为AT91SAM7S256D-AU的主控制器芯片，型号为RF1200TR7的第一级RF开关单刀双掷开关，型号为RF1604TR7的第二级RF开关单刀四掷开关，型号为SN74LVC1G14DBVR的外部反相器，以及射频环形器/耦合器。
如图2所示，为本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路的电路图。图2为图1的具体逻辑电路控制过程。图中，U1为外部反相器SN74LVC1G14DBVR，供电电压为3.3V，输入引脚为Pin-2，输出引脚为Pin-4。U1输入引脚Pin-2与主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的GPIO-0端口(PA26)相连，当GPIO-0端口为高电平时，外部反相器U1输出引脚Pin-4为低电平；当GPIO-0端口为低电平时，外部反相器U1输出引脚Pin-4为高电平，以此实现了对GPIO-0端口信号的逻辑反向功能。
如图2所示，U2为单刀双掷开关，单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-5为射频RF的输入，引脚Pin-4、引脚Pin-6为RF输出方向的控制信号；单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-4与外部反相器U1的输出端引脚Pin-4相连、单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-6与外部反相器U1的输入端引脚Pin-2相连。单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-4、Pin-6端口分别接100pF的滤波电容，单刀双掷开关U2芯片的工作逻辑如表1所示。
表1单刀双掷开关U2芯片的工作逻辑表
表1中，当GPIO-0端口为低电平时，单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-1使能，控制单刀四掷开关U4；当GPIO-0端口为高电平时，单刀双掷开关U2芯片的引脚Pin-3使能，控制单刀四掷开关U3。通过控制主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的GPIO-0端口，可将射频RF信号分为RF1、RF2两路信号。如图2所示，两个单刀四掷开关RF1604TR7分别为U3、U4，两个单刀四掷开关RF1604TR7的供电电压为2.5V，V1、V2为控制信号端，ANT为射频输入端，具体包括ANT0-1和ANT1-1，RF1、RF2、RF3、RF4为射频输出端，单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的工作逻辑如表2所示。
表2单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的工作逻辑表
表2中，体现了两个单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的控制逻辑，对应图2中，单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的输入引脚Pin-1端口通过对3.3V的电压进行分压，得到2.5V电压，其中R1＝R3＝10K，R2＝R4＝31.6K，单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的引脚Pin-2、Pin-3分别与主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的天线配置端口ANT0-1(PA5)、天线配置端口ANT1-1(PA6)相连。
如图2所示，单刀四掷开关U3芯片、U4芯片的射频输出端RF1、RF2、RF3、RF4分别通过π型网络与天线端口ANT相连，通过调节射频端口的L/C可使得端口的阻抗匹配。
在表1和表2中，通过控制主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU中GPIO-0端口的高、低电平及天线配置端口ANT0-1(PA5)、天线配置端口ANT1-1(PA6)的高、低电平，可以控制单刀四掷开关U3芯片和U4芯片的射频输出通道，实现了1转8通道的扩展功能。如表3所示，为本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路总的控制逻辑。
表3超高频RFID读写器8天线扩展电路总的控制逻辑表
表3中，当主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的GPIO-0端口的电平为低时，可通过控制天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1端口电平实现4通道扩展，此时射频路径为单刀双掷开关U2芯片-单刀四掷开关U4；当主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的GPIO-0端口的电平为高时，可通过控制天线配置端口ANT0-1、ANT1-1端口电平实现4通道扩展，此时射频路径为单刀双掷开关U2芯片-单刀四掷开关U3，最终实现了1转8通道的天线扩展功能。
本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路，根据表4所示的控制逻辑，还可通过外部译码器SN74HC138PWR实现了对所选天线的LED指示。
表4与图3所对应，图3为1转8通道的天线扩展LED指示电路。外部译码器SN74HC138PWR的供电电压为3.3V，外部译码器SN74HC138PWR的引脚Pin-3、引脚Pin-2、引脚Pin-1分别连接主控制器芯片AT91SAM7S256D-AU的GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1。外部译码器SN74HC138PWR的引脚Y0-Y7分别接天线指示灯LED1-LED8。
表4外部译码器SN74HC138PWR的工作逻辑表
表4中，“×”表示未接通，“H”表示高电平，“L”表示低电平。
本申请实施例提供的超高频RFID读写器8天线扩展电路，基于英频杰R2000芯片而设计的扩展电路，通过使用主控制器芯片的GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1、天线配置端口ANT1-1、外部反相器及多个RF开关，实现了1通道转8通道的逻辑控制功能，当选择相应天线工作时，通过外部译码器完成了对应天线的LED指示。该电路有效扩展了基于英频杰R2000芯片的超高频RFID读写器的输出通道并实现了对应天线工作时的信号指示功能，达到了在实际应用中可减少开发周期、降低开发成本的目的。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种超高频RFID读写器8天线扩展电路，其特征在于，包括：主控制器芯片，所述主控制器芯片上设有GPIO-0端口、天线配置端口ANT0-1和天线配置端口ANT1-1；天线扩展电路包括两级RF开关，第一级RF开关为单刀双掷开关，第二级RF开关为两个单刀四掷开关，其中所述单刀双掷开关通过外部反相器、所述GPIO-0端口与所述主控制器芯片连接；两个所述单刀四掷开关均与所述单刀双掷开关、所述天线配置端口ANT0-1、所述天线配置端口ANT1-1连接，两个所述单刀四掷开关各自设有四个天线端口；
射频输入RF-In通过射频环形器/耦合器与所述单刀双掷开关连接。
2.根据权利要求1所述的扩展电路，其特征在于，还包括外部译码器，所述外部译码器分别与所述GPIO-0端口、所述天线配置端口ANT0-1、所述天线配置端口ANT1-1连接，并与两个所述单刀四掷开关上的八个天线端口相对应的八个LED指示灯相连接。
3.根据权利要求1所述的扩展电路，其特征在于，所述主控制器芯片的型号为AT91SAM7S256D-AU，其中所述GPIO-0端口的驱动电路为PA26，所述天线配置端口ANT0-1和所述天线配置端口ANT1-1的驱动电路分别为PA5、PA6。
4.根据权利要求1所述的扩展电路，其特征在于，所述单刀双掷开关的型号为RF1200TR7，两个所述单刀四掷开关的型号均为RF1604TR7。
5.根据权利要求2所述的扩展电路，其特征在于，所述外部译码器的型号为SN74HC138PWR。
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