CN201903894U - 超高频射频识别读写器模块 - Google Patents

超高频射频识别读写器模块 Download PDF

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文光俊
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Abstract

本实用新型公开了一种超高频射频识别读写器模块。具体包括电源单元、控制单元和射频单元,电源单元为控制单元和射频单元提供工作电压,控制单元控制射频单元的工作,并对射频单元返回的数据进行处理,射频单元包括发射电路、接收电路和检测电路,电源单元由第一级的开关电源芯片和由控制单元控制的第二级的线性电源芯片组成。通过开关电源芯片LT1946A和TPS63000的高效率提高了电源利用率;通过由控制单元控制的第二级的线性电源芯片使得线性电源芯片间歇性工作,可以降低整个读写器模块的功耗;通过发射电路中的功率放大器电路,实现高功率和高线性度,可以提高读写距离;采用专用的射频收发芯片IndyR1000提高灵敏度。

Description

超高频射频识别读写器模块
技术领域
本实用新型属于射频识别技术领域,尤其涉及一种超高频射频识别读写器模块。
背景技术
射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)是一种通信技术,可通过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光学接触,其基本的工作原理是利用读写器发射特定频率的无线电波能量,实现对进入读写范围的标签的自动识别。通过把标签贴在物品上,可以实现对物品的全程跟踪和管理。射频识别系统一般由读写器模块、天线和标签三部分构成。读写器模块产生射频能量,通过天线向电子标签发射射频能量,电子标签(无源)接收到射频能量之后被激活,电子标签取得射频能量和指令之后反射信号,读写器模块通过天线接收电子标签反射回来的信号,对标签反射回来的信号进行滤波、放大、混频、解调、解码和译码处理,使射频信号转换成外部终端能够处理的数字信号,实现对标签内存储的固定数据和数据区的数据进行读的操作,另外,还可以对标签进行写、锁和杀死操作。目前,读写器模块普遍存在的问题是功耗大、读写距离近和读写灵敏度差。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有的读写器模块存在的问题,提出了一种超高频射频识别读写器模块。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种超高频射频识别读写器模块,包括电源单元、控制单元和射频单元,电源单元为控制单元和射频单元提供工作电压,控制单元控制射频单元的工作,并对射频单元返回的数据进行处理,射频单元完成数据的编码、解码、调制和解调,并对产生的射频信号进行放大,射频单元包括发射电路、接收电路和检测电路,其特征在于,电源单元由第一级的开关电源芯片和由控制单元控制的第二级的线性电源芯片组成,所述开关电源芯片为LT1946A和TPS63000。
所述发射电路由射频收发芯片、平衡转不平衡电路、功率放大器电路、耦合器和滤波器组成,射频收发芯片产生的射频信号经过外部匹配电路匹配到50欧姆,再经平衡转不平衡电路转换为单端信号,经功率放大器电路、耦合器和滤波器发射出去。
所述接收电路由滤波器、耦合器、不平衡转平衡电路、匹配电路和射频收发芯片组成,接收到的信号经滤波器滤波,从耦合器的耦合端输出,经过不平衡转平衡电路转换为平衡信号后,再经过匹配电路输入到射频收发芯片。
所述检测电路包括温度检测电路和功率检测电路,温度检测电路检测读写器模块的工作温度,并把检测到的温度传送到控制单元,功率检测电路检测读写器模块的发射功率和反射功率,并把检测到的功率值传送到控制单元。
上述射频收发芯片为IndyR1000。
本实用新型的有益效果:本实用新型的读写器模块中的电源单元一方面通过开关电源芯片LT1946A和TPS63000的高效率提高了电源利用率,再通过由控制单元控制的第二级的线性电源芯片,可以使得线性电源芯片间歇性工作,进而可以降低整个读写器模块的功耗。通过发射电路中的功率放大器电路,实现高功率和高线性度,进而可以提高读写距离,采用专用的射频收发芯片IndyR1000提高灵敏度。
附图说明
图1是本实用新型超高频射频识别读写器模块的原理框图。
图2是本实用新型实施例的开关稳压电源电路原理图。
图3是本实用新型实施例的给功率放大器供电的电源电路原理图。
图4是本实用新型实施例的给射频收发芯片和控制单元供电的电源电路原理图。
图5是本实用新型实施例的射频收发芯片电路原理图。
图6是本实用新型实施例的射频功率放大电路原理图。
图7是本实用新型实施例的检测电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型的超高频射频识别读写器模块的原理框图如图1所示,包括电源单元、控制单元和射频单元,电源单元为控制单元和射频单元提供工作电压,控制单元控制射频单元的工作,并对射频单元返回的数据进行处理,射频单元完成数据的编码、解码、调制和解调,并对产生的射频信号进行放大,射频单元包括发射电路、接收电路和检测电路,电源单元由第一级的开关电源芯片和由控制单元控制的第二级的线性电源芯片组成。
这里的发射电路由射频收发芯片、平衡转不平衡电路、功率放大器电路、耦合器和滤波器组成,射频收发芯片产生的射频信号经过外部匹配电路匹配到50欧姆,再经平衡转不平衡电路转换为单端信号,经功率放大器电路、耦合器和滤波器发射出去。
这里的接收电路由滤波器、耦合器、不平衡转平衡电路、匹配电路和射频收发芯片组成。接收到的信号经滤波器滤波,从耦合器的耦合端输出,经过不平衡转平衡电路转换为平衡信号后,再经过匹配电路输入到射频收发芯片。
这里的检测电路包括温度检测电路和功率检测电路,温度检测电路检测读写器模块的工作温度,并把检测到的温度传送到控制单元,功率检测电路检测读写器模块的发射功率和反射功率,并把检测到的功率值传送到控制单元。
这里的控制单元属于本领域普通技术人员公知的常识,在此不再进行详细描述。为了叙述方便,在下面的叙述中部分以ARM7来表示控制单元。
下面对上述电路单元具体展开说明如下:
电源单元的功能是为超高频RFID读写器模块的各个单元提供电源。如图2-4所示,电源单元为射频单元、控制单元。其中为射频收发芯片IndyR1000提供1.8V、3.3V和5.5V电源,为射频单元中的功率放大器电路提供3.3V和2.6V电源、为检测电路中的功率检测芯片提供3.3V电源、为控制单元提供3.3V电源。
如图2所示,外部输入的电压(3-5V)分成3路,作为第一级的开关电源的输入,其中一路经滤波电容C314滤波后输入到第一级的开关电源芯片U31,即LT1946A的6脚。U31的3脚连到6脚用于芯片的使能,8脚通过电容C312连接到地,1脚经过电阻R311和电容C311连接到地给芯片提供工作频率,U10的5脚连到二极管D31的正极,D31的负极经电容C313滤波后输出5.8V电压,芯片的6脚通过L311连接到脚6,芯片的2脚输出1.238V电压经R312连接到D520的负极,经R313连接到地;电源输入的另外一路经C321滤波后输入到第一级的开关电源芯片U32,即TPS63000的5脚,芯片的6、7和8脚通过R321连接到5脚,经C322连接到地,芯片的4脚经L321连接到2脚,芯片的10脚输出1.24V电压,经R323到地,经R322连接到1脚,电阻R322的2端并联电容C323,芯片的1脚经电容C324滤波后输出3.8V电压;电源输入的再一路经电容C331滤波后输入到第一级的开关电源芯片U33,即TPS63000的5脚,芯片的6、7和8脚通过R331连接到5脚,经电容C332连接到地,芯片的4脚经L331连接到2脚,芯片的10脚输出1.24V电压,经R333到地,经R332连接到1脚,电阻R332的两端并联电容C333,芯片的1脚经电容C334滤波后输出3.8V电压。
如图3所示,第一级开关电源输出的5.8V电压经U39,即MIC3775BMM和其外围电路C391、C392、R391和R392变换为5.15V作为U30,即MIC49150的偏置电压。第一级开关电源输出的3.8V电压经U30和其外围电路电容C301、C302、C303、电阻R301和R302降压为3.3V,给外部放大器电路供电。U36输出的3.3V电压经U38和其外围电路电阻R381、R382、R383、电容C381和C382并由U11,即SN74AHCT1G04控制U38的使能端,输出2.6V的电压作为外部放大器的控制电压。
如图4所示,第一级开关电源U32输出的3.8V电压分成3路,一路经U34,即MIC3775BMM和其外围电路电阻R341、R342、电容C341和C342,降压为3.3V电压,给模块的数字部分供电;另一路经U35,即MIC3775BMM和其外围电路电阻R343、R351、R352、R353、电容C351和C352,降压为1.8V电压,给射频收发芯片IndyR1000提供1.8V电压;再一路经U36,即MIC3775BMM和其外围电路电阻R343、R361、R362、R363、电容C361和C362,降压为3.3V电压,给射频收发芯片IndyR1000提供3.3V电压。第一级开关电源U31输出的5.8V电压经U37即MIC3775BMM和其外围电路电阻R37、R37、电容C37和C37,降压为5V电压,给射频收发芯片IndyR1000提供5V电源。
这里电源单元一方面通过开关电源芯片的高效率提高了电源利用率,再通过由控制单元控制的第二级的线性电源芯片,可以使得线性电源芯片间歇性工作,进而可以降低整个读写器模块的功耗。
射频单元的功能是:由射频收发芯片产生射频载波,经功率放大器电路放大,通过天线发射射频载波,通过载波的射频能量激活电子标签,并将调制于载波的数据信息传递给电子标签,同时接收标签返回的数据信息,通过天线传输至接收电路。对于符合ISO 18000-6C协议的电子标签,射频收发芯片不仅完成对数据的调制/解调、整形,还会启动其芯片内部的底层协议处理器,完成对标签数据的编解,包括读标签、写标签、锁标签和杀死标签。
射频单元分为发射电路、接收电路和检测电路。
发射电路具体如下:如图5和6所示,U2芯片,即IndyR1000的第17、18脚输出的射频信号经电容C215、C216、电感L203和L204到平衡-不平衡转换器U25,即HHM1522B1的3、4脚,同时1.8V的电压经电容C218、C219、L205和电感L205连接到U2的17、18脚,C164接在U25的3脚和4脚之间,经过平衡-不平衡转换器转换的信号从1脚输出,如图6所示,进入到功率放大器U4,即MAAPSS0095的输入匹配网络C401,然后连到U4的2脚,U4的4脚经过电容C403、电感L401和电容C402连接到3.3V,5脚经过电容C404连接到3.3V,7脚经过电容C406、电感L402和电容C407连接到3.3V,16脚经过电容C412连接到2.6V,12脚经高频扼流圈L403和C411滤波之后接3.3V电压,给功率放大器的漏极提供电压,9、10、11和12脚作为放大输出经输出匹配网络C408、L404和C410后接到双定向耦合器U51,即XC0900P-10S的1脚。一路信号从U51的直通端2脚输出信号到达低通滤波器U52,即LFCN-1000的1脚,经U52滤波从3脚输出经天线发射出去。
接收电路具体为:天线接收的信号经低通滤波器U52的2脚滤波之后到达双定向耦合器U5,即XC0900-10S的2脚,从双定向耦合器U5的耦合端3脚衰减10dB输出,其中一路信号经电阻R511后输入到达平衡-不平衡转换器U22,转换成平衡信号经电容C204到达电感L201的接收脚2、3脚。U5,即XC0900-10S的4脚输出的一路信号经衰减网络R512、R513到达平衡-不平衡转换器U23,即HHM1522的1脚,3、4脚输出平衡信号,经电感L202、电容C201和C202,输入到U2的6、7脚,用于接收解调的本征信号。
检测电路具体如下:如图5所示,射频收发芯片U2,即IndyR1000的10和11脚分别通过电阻R201和R202接地;22脚通过电阻R215接到3.3V,通过电阻R216接地;20和21脚分别接电阻R203和R204后接到3.3V,作为差分峰值检测;12脚接U24,即LM60CIM的2脚,作为IndyR1000的温度检测输入;39、40、41脚分别通过电阻R209、R210、R211接地。如图7所示,U51,即XC0900-10S的3脚输出的另一路信号到达功率检测电路,经过电阻R531和R532分压,经电容C531隔直后输入到芯片U53,即LT5534的6脚作为反向功率检测电路;1、4脚经电容C532、C533滤波接3.3V电压。U51的耦合端4脚将输出的另一路信号,经电阻R541和R542分压,电容C541隔直后输入到功率检测芯片U54,即LT5534的6脚,3脚经电阻R543输入到控制芯片ARM7,作为前向功率检测电路,1、4脚经电容C542和C543滤波接3.3V电压。
如图5所示,射频收发芯片U2,即IndyR1000的27脚接反相器U12,即SN74AHC1G04的4脚,U12的2脚接U1的31脚,作为系统重置电路,U12的5脚经电容C121接3.3V电压;U2的30、33、36脚分别经电阻R206、R207、R208接到控制芯片ARM7,U98的30-38用到的脚都作为双向数据传输脚与ARM7实现通信;U2的48、49、50、51、52、53、54、55通过电容C280、C281、C282、C283、电阻R280、R281、R282和R283和5V电压构成芯片外围的低通滤波器。
这里,通过发射电路中的功率放大器电路,实现高功率和高线性度,进而可以提高读写距离,采用专用的射频收发芯片IndyR1000提高了灵敏度。
本实用新型超高频RFID读写器模块的工作流程:连接好电路,接通电源,打开超高频RFID读写器模块,各部分电路开始正常工作,超高频RFID读写器模块根据外部终端发送的指令进行相应的操作。在外部终端的控制下,读写符合ISO 18000-6C的电子标签,控制模块启动射频单元的接收/发射电路和检测电路,同时打开功率放大器U4的供电电路,整个电路进入工作状态,编解码的数据在控制单元ARM7和射频芯片IndyR1000之间交互处理。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理,应被理解为实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变,均被认为属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种超高频射频识别读写器模块,包括电源单元、控制单元和射频单元,电源单元为控制单元和射频单元提供工作电压,控制单元控制射频单元的工作,并对射频单元返回的数据进行处理,射频单元完成数据的编码、解码、调制和解调,并对产生的射频信号进行放大,射频单元包括发射电路、接收电路和检测电路,其特征在于,电源单元由第一级的开关电源芯片和由控制单元控制的第二级的线性电源芯片组成,所述的开关电源芯片为LT1946A和TPS63000。
2.根据权利要求1所述的超高频射频识别读写器模块,其特征在于,所述的发射电路由射频收发芯片、平衡转不平衡电路、功率放大器电路、耦合器和滤波器组成,射频收发芯片产生的射频信号经过外部匹配电路匹配到50欧姆,再经平衡转不平衡电路转换为单端信号,经功率放大器电路、耦合器和滤波器发射出去。
3.根据权利要求1所述的超高频射频识别读写器模块,其特征在于,所述的接收电路由滤波器、耦合器、不平衡转平衡电路、匹配电路和射频收发芯片组成,接收到的信号经滤波器滤波,从耦合器的耦合端输出,经过不平衡转平衡电路转换为平衡信号后,再经过匹配电路输入到射频收发芯片。
4.根据权利要求1所述的超高频射频识别读写器模块,其特征在于,所述的检测电路包括温度检测电路和功率检测电路,温度检测电路检测读写器模块的工作温度,并把检测到的温度传送到控制单元,功率检测电路检测读写器模块的发射功率和反射功率,并把检测到的功率值传送到控制单元。
5.根据权利要求2或3所述的超高频射频识别读写器模块,其特征在于,所述的射频收发芯片为IndyR1000。
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