CN115130488B - 一种八通道高隔离度超高频读写装置 - Google Patents

一种八通道高隔离度超高频读写装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种八通道高隔离度超高频读写装置，包括：电源管理电路、控制器、射频单元、耦合器、天线切换开关和接口电路，所述控制器在接收到上位机的指令后，通过向射频单元的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收；所述射频单元在发射数据时，负责数据的编码、产生通讯时产生的射频载波并将编码后的数据加载上去，形成调制波，调制完成的射频信号经过发射电路后经过收发控制器件达到天线，向天空辐射出去；所述射频单元在数据发射完毕后，继续发射载波给周边的电子标签提供能量直到完成一次通讯；在接收数据时，接收回路完成数据的接收、检波和编码，并将数据回传至所述控制器。

Description

一种八通道高隔离度超高频读写装置
技术领域
本发明涉及超高频读写器技术领域，特别涉及一种八通道高隔离度超高频读写装置。
背景技术
E710芯片是一款高性能UHF频段的超高频读写器芯片，它集成了混频器、增益滤波器、压控振荡器、锁相环、模数/数模转换器等模拟前端，并且内置了ISO/IEC180006C的完整协议处理系统。外部控制器仅需通过SPI口即可实现对E710芯片的所有通信和控制。
但是，由于E710自身的射频输出功率较小，导致读写距离较短，同时多卡时不稳定，使得在实际应用过程中受到限制。
在做八通道超高频读写模块时，一般采用射频开关进行天线的切换，但射频开关的隔离度一般在30dB左右，在实际应用中，会造成功率泄露。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种八通道高隔离度超高频读写装置，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种八通道高隔离度超高频读写装置
1、电源管理电路、控制器、射频单元、耦合器、天线切换开关和接口电路，其中，所述电源管理电路的输入端接外部的电源信号，所述电源管理电路的输出端与所述控制器、射频单元、耦合器和天线切换开关连接以向各个器件进行供电，所述控制器与所述射频单元双向通信，所述射频单元的输出端与信号放大器的输入端连接，以由所述信号放大器对所述射频单元输出的信号进行放大处理，所述信号放大器的输出端与所述耦合器的输入端连接，所述耦合器接收来自所述信号放大器的放大后的射频信号，并进行耦合处理，所述耦合器的输出端与所述射频单元的输入端连接，所述耦合器与所述天线切换开关双向连接，所述天线切换开关与所述接口电路连接；
其中，所述控制器在接收到上位机的指令后，通过向射频单元的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收；所述射频单元在发射数据时，负责数据的编码、产生通讯时产生的射频载波并将编码后的数据加载上去，形成调制波，调制完成的射频信号经过发射电路后经过收发控制器件达到天线，向天空辐射出去；所述射频单元在数据发射完毕后，继续发射载波给周边的电子标签提供能量直到完成一次通讯；在接收数据时，接收回路完成数据的接收、检波和编码，并将数据回传至所述控制器。
由上述任一方案优选的是，所述电源管理电路包括多路独立的电源芯片，分别向所述控制器、射频单元、耦合器和天线切换开关进行供电。
由上述任一方案优选的是，所述控制器通过SPI接口与所述射频单元双向通信。
由上述任一方案优选的是，所述控制器通过UART接口与外部接口板或者直接采用TTL电平的串口与上位机进行通讯，以达到通过所述上位机进行控制的目的。
由上述任一方案优选的是，所述控制器在接收到所述上位机的控制信号，通过向所述射频单元的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收。
由上述任一方案优选的是，高隔离度设计是在天线切换开关在天线之间，在加上PIN二极管及控制电路，以达到避免天线切换开关的隔离度不足的目的；在天线切换开关到天线端口之间增加两个PIN二极管之后，会是天线端口的隔离度达到55dB以上，有效抑制功率泄露的影响。
由上述任一方案优选的是，所述电源管理电路包括：电源管理芯片的BOOT接口与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第二电容的一端、第三电容的一端、第四电容的一端和第五电容的一端连接，并作为电源信号输出端，第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端和第五电容的另一端均接地，所述第五电容的一端与第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端与电源信号放大端。
与现有技术相比，本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1、读距远。用5dBi UHF射频天线稳定读距10米(AZ9662标签)，最远读距可达15米以上；用12dBi UHF射频天线稳定读距30米 (AZ9662标签)，最远读距可达35米以上；
2、灵敏度高：多卡(标签)模式，读写速度900张/秒；
3、标签缓存容量大：1000张(最长96bits/ EPC)，支持EPC和TID两种防冲突模式；
4、通道间隔离度高，每个天线端口隔离度可达到55dB以上，可有效放置功率泄露。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的八通道高隔离度超高频读写装置的结构图。
图2为根据本发明实施例的电源管理电路的电路图；
图3为根据本发明实施例的控制器的电路图；
图4为根据本发明实施例的射频单元的电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明 提供的八通道高隔离度超高频读写装置，是基于E710芯片的超高频读写模块，其中，E710芯片为射频芯片。
如图1所示，本发明实施例的八通道高隔离度超高频读写装置，包括：电源管理电路1、控制器2、射频单元3、耦合器4、天线切换开关5和接口电路，其中，电源管理电路1的输入端接外部的电源信号，电源管理电路1的输出端与控制器2、射频单元3、耦合器4和天线切换开关5连接以向各个器件进行供电，控制器2与射频单元3双向通信，射频单元3的输出端与信号放大器的输入端连接，以由信号放大器对射频单元3输出的信号进行放大处理，信号放大器的输出端与耦合器4的输入端连接，耦合器4接收来自信号放大器的放大后的射频信号，并进行耦合处理，耦合器4的输出端与射频单元3的输入端连接，耦合器4与天线切换开关5双向连接，天线切换开关5与接口电路连接。
具体的，电源管理电路1包括多路独立的电源芯片，分别向控制器2、射频单元3、耦合器4和天线切换开关5进行供电。
如图2所示，电源管理电路1包括：电源管理芯片的BOOT接口与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第二电容的一端、第三电容的一端、第四电容的一端和第五电容的一端连接，并作为电源信号输出端，第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端和第五电容的另一端均接地，第五电容的一端与第二电感的一端连接，第二电感的另一端与电源信号放大端。
图4为根据本发明实施例的射频单元3的电路图。射频单元3由射频收发处理单元，射频发送通道，射频接收回路和收发控制单元组成。
图3为根据本发明实施例的控制器2的电路图。控制器2在接收到上位机的指令后，通过向射频单元3的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收；射频单元3在发射数据时，负责数据的编码、产生通讯时产生的射频载波并将编码后的数据加载上去，形成调制波，调制完成的射频信号经过发射电路后经过收发控制器2件达到天线，向天空辐射出去；射频单元3在数据发射完毕后，继续发射载波给周边的电子标签提供能量直到完成一次通讯；在接收数据时，接收回路完成数据的接收、检波和编码，并将数据回传至控制器2。
在本发明的实施例中，控制器2通过SPI接口与射频单元3双向通信。控制器2通过UART接口与外部接口板或者直接采用TTL电平的串口与上位机进行通讯，以达到通过上位机进行控制的目的。
控制器2在接收到上位机的控制信号，通过向射频单元3的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收。
具体的，本发明采用的控制器2MCU为HC32F460JEUA，不仅限只可用此单片机，模块采用的天线切换开关5为sky13418，不仅限于用此切换开关，也有其他的功能相同的spt8，电源管理电路1由4个独立的电源芯片组成， 分别给控制器2MCU、射频单元3E710、信号放大器PA 和天线切换开关5供电。通过UART与外部接口板或者直接采用TTL电平的串口与PC进行通讯，达到通过上位机控制模块的目的。其中，耦合器4采用10dB的耦合器4。
控制器2MCU在接收到上位机的指令后，通过向射频单元3E710的寄存器写入数据和指令的方式 控制射频数据的发射和接收。射频单元3E710在发射数据时，负责数据的编码、产生通讯时产生的射 频载波并把编码后的数据加载上去，形成调制波，调制完成的射频信号经过发射电路后经过收发控制器2件达到天线，向天空辐射出去。E710在数据发射完毕后，需要继续发射载波给周边的电子标签提供能量直到完成一次通讯；在接收数据时，接收回路完成数据的接收、检波、解码、并将数据回传给控制器2MCU。
高隔离度的设计是在天线切换开关5在天线之间，在加上PIN二级管及控制电路，以达到避免天线切换开关5的隔离度不足的目的。一般的天线切换开关5的每个天线端口之间的隔离度在25dB左右。而我们设计的模块在经过功率放大之后，会达到33dBm以上，而标签的灵敏度一般在-18dBm，在不加PIN二极管的时候，设置天线1最大功率工作的时候，在其他天线通道也会有8dBm左右的功率输出，同样会将标签激活。而在天线切换开关5到天线端口之间增加两个PIN二极管之后，会是天线端口的隔离度达到55dB以上，可以有效的抑制功率泄露的影响。
与现有技术相比，本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1、读距远。用5dBi UHF射频天线稳定读距10米(AZ9662标签)，最远读距可达15米以上；用12dBi UHF射频天线稳定读距30米 (AZ9662标签)，最远读距可达35米以上；
2、灵敏度高：多卡(标签)模式，读写速度900张/秒；
3、标签缓存容量大：1000张(最长96bits/ EPC)，支持EPC和TID两种防冲突模式；
4、通道间隔离度高，每个天线端口隔离度可达到55dB以上，可有效防止功率泄露。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，包括：电源管理电路、控制器、射频单元、耦合器、天线切换开关和接口电路，其中，所述电源管理电路的输入端接外部的电源信号，所述电源管理电路的输出端与所述控制器、射频单元、耦合器和天线切换开关连接以向各个器件进行供电，所述控制器与所述射频单元双向通信，所述射频单元的输出端与信号放大器的输入端连接，以由所述信号放大器对所述射频单元输出的信号进行放大处理，所述信号放大器的输出端与所述耦合器的输入端连接，所述耦合器接收来自所述信号放大器的放大后的射频信号，并进行耦合处理，所述耦合器的输出端与所述射频单元的输入端连接，所述耦合器与所述天线切换开关双向连接，所述天线切换开关与所述接口电路连接；高隔离度设计是在天线切换开关在天线之间，加上PIN二极管及控制电路；
其中，所述控制器在接收到上位机的指令后，通过向射频单元的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收；所述射频单元在发射数据时，负责数据的编码、产生通讯时产生的射频载波并将编码后的数据加载上去，形成调制波，调制完成的射频信号经过发射电路后经过收发控制器件达到天线，向天空辐射出去；所述射频单元在数据发射完毕后，继续发射载波给周边的电子标签提供能量直到完成一次通讯；在接收数据时，接收回路完成数据的接收、检波和编码，并将数据回传至所述控制器。
2.如权利要求1所述的八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，所述电源管理电路包括多路独立的电源芯片，分别向所述控制器、射频单元、耦合器和天线切换开关进行供电。
3.如权利要求1所述的八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，所述控制器通过SPI接口与所述射频单元双向通信。
4.如权利要求1所述的八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，所述控制器通过UART接口与外部接口板或者直接采用TTL电平的串口与上位机进行通讯，以达到通过所述上位机进行控制的目的。
5.如权利要求1所述的八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，所述控制器在接收到所述上位机的控制信号，通过向所述射频单元的寄存器写入数据和指令的方式，控制射频数据的发射和接收。
6.如权利要求1所述的八通道高隔离度超高频读写装置，其特征在于，所述电源管理电路包括：电源管理芯片的BOOT接口与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第二电容的一端、第三电容的一端、第四电容的一端和第五电容的一端连接，并作为电源信号输出端，第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端和第五电容的另一端均接地，所述第五电容的一端与第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端与电源信号放大端。
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