CN202159357U - 超小型超高频rfid便携式读写器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超小型超高频RFID便携式读写器模块。包括射频单元、基带处理单元、控制单元和稳压电源单元，所述控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，所述射频单元、基带处理单元和控制单元集成的同一芯片用于使控制单元发送控制命令后，经过基带处理单元转换为射频单元能够识别的信号，射频单元接收到命令之后发射射频信号，射频信号经过处理之后由天线发送到标签；所述稳压电源单元于上述射频单元、基带处理单元和控制单元连接并为其提供所需要的电压。本实用新型的有益效果是：本实用新型的控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，这是本实用新型体积小的主要原因。

Description

超小型超高频RFID便携式读写器模块

技术领域

本实用新型属于射频识别(RFID)技术领域，具体属于超高频RFID(UHF RFID)技术领域中的读写器技术。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，缩写RFID)技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，可以对静止的和移动的物体进行识别。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。射频识别(RFID)系统主要有4个基本部分组成，分别是：

天线(Antenna)：在标签和读写器间传递射频信号。读写器首先通过天线向电子标签发射微波能量，激活标签；然后通过天线将标签反射回来的信号传送给读写器。

外部终端(External terminal)：在天线向标签发射微波能量的同时发送命令给标签。

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。标签取得天线发射的微波能量后反射信号给读写器。

读写器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。通过天线接收电子标签反射回来的信号，对标签反射回来的回波信号进行滤波、解调、放大、解码和译码处理，实现对标签内存储的固定数据和数据区的数据的读取，也可以对数据区内的数据进行写、锁和杀死数据的操作。

超高频RFID(UHF RFID)的工作频段为840MHz到960MHz之间，可以对满足ISO/IEC18000-6C协议的电子标签中的内容进行一定距离的读写(无源可达10m左右，主要是通过电容耦合的方式进行实现)，并将所读写的电子标签的信息传送给射频识别终端。现有的UHFRFID读写器(模块)，由于核心芯片的功能比较单一，芯片外部还有很多实现各种实用功能的附加的芯片和电路，以致读写器(模块)体积过大而不方便使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有的超高频RFID读写器(模块)各个单元集成度低所造成的读写器装置体积过大的不足，提出了超小型超高频RFID便携式读写器模块。

本实用新型的技术方案是：超小型超高频RFID便携式读写器模块，包括射频单元、基带处理单元、控制单元和稳压电源单元，其特征在于，所述控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，所述射频单元、基带处理单元和控制单元集成的同一芯片用于使控制单元发送控制命令后，经过基带处理单元转换为射频单元能够识别的信号，射频单元接收到命令之后发射射频信号，射频信号经过处理之后由天线发送到标签；或者用于使标签反射回来的信号经由射频单元处理成为基带信号，交给基带处理单元处理，基带处理单元将基带信号转换成控制单元可以识别的控制信息给控制单元；所述稳压电源单元于上述射频单元、基带处理单元和控制单元连接并为其提供所需要的电压。

上述射频单元包括发射电路子单元、功率放大电路子单元、耦合器电路子单元、振荡电路子单元和射频芯片子单元，所述射频芯片子单元与发射电路子单元、功率放大电路子单元和耦合器电路子单元依次连接形成射频信号传输通道，所述射频单元外部的稳压电源单元与射频单元的振荡电路子单元连接后为射频芯片子单元提供电源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，这是本实用新型体积小的主要原因。因此本实用新型与其他同类RFID读写模块相比，采用模块式结构，体积小，工作频率在840MHz～960MHz，可以读写满足ISO/IEC 18000-6C协议的电子标签。由于本实用新型体积非常小，应用范围得到的大大的提升，可以嵌入到像手机这样的小体积设备中实现支付或者刷卡的功能。

附图说明

图1是本实用新型超小型超高频RFID便携式读写器模块的结构示意图。

图2是本实用新型集成后的射频单元的结构示意图。

图3是本实用新型射频单元的发射电路子单元的平衡-不平衡信号转换电路的电路图。

图4是本实用新型射频单元的功率放大电路子单元的电路图。

图5是本实用新型射频单元的耦合器电路子单元的电路图。

图6是本实用新型射频单元的振荡电路子单元的电路图。

图7是本实用新型射频单元的射频芯片子单元的电路图。

图8是本实用新型的稳压电源单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，超小型超高频RFID便携式读写器模块，包括射频单元、基带处理单元、控制单元和稳压电源单元，所述控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，所述射频单元、基带处理单元和控制单元集成的同一芯片用于使控制单元发送控制命令后，经过基带处理单元转换为射频单元能够识别的信号，射频单元接收到命令之后发射射频信号，射频信号经过处理之后由天线发送到标签；或者用于使标签反射回来的信号经由射频单元处理成为基带信号，交给基带处理单元处理，基带处理单元将基带信号转换成控制单元可以识别的控制信息给控制单元；所述稳压电源单元于上述射频单元、基带处理单元和控制单元连接并为其提供所需要的电压。

如图2所示，上述射频单元包括发射电路子单元(BALUN)、功率放大电路子单元(PA)、耦合器电路子单元(Coupler)、振荡电路子单元(TXCO)和射频芯片子单元(LDO)，所述射频芯片子单元与发射电路子单元、功率放大电路子单元和耦合器电路子单元依次连接形成射频信号传输通道，所述射频单元外部的稳压电源单元与射频单元的振荡电路子单元连接后为射频芯片子单元提供电源。图中TX代表射频信号的输出端，RX代表射频信号的输入端。

下面再结合个子单元的详细电路图对各子单元及其连接关系做进一步的说明。

如图3所示，本实用新型射频单元中发射电路子单元中的平衡-不平衡信号转换电路(Balun)，它的作用除了平衡-不平衡变换之外，同时还视Balun的形式、结构，可以进行1∶1、4∶1、6∶1、9∶1、25∶1等比值的阻抗转换。图3所示U2的作用是将经过载波合成后的信号经U1(如图7)芯片内部缓冲放大，由U1芯片的第13和14脚输出给图3中平衡-不平衡转换器U2的4脚和6脚，中间经过C2、C3、L5、L6的阻抗匹配和C4、C5隔直，最终实现4∶1的等比值阻抗转换，并且将两路差分信号转换成为一路单端信号。

如图4所示，为本实用新型射频单元中的功率放大电路子单元(PA)，主要由U8芯片(即RF2173)功率放大器组成。U8(即RF2173)主要有功耗低、增益高、线性度高、杂散小等优点。信号从U2(如图3)2脚出来，经过由R20、R21、R22组成的衰减网络和C37、C39、L15组成的均衡电路，及C35、C36和L14组成的阻抗匹配网络，然后进入到功率放大器U8(即RF2173)，到达U8芯片的3脚。U8芯片(即RF2173)的5脚和8脚经过C44和C46滤波接3.3V的电压，6脚和7脚经过C47和C45滤波接2.7V的电压，14、15、16脚经过C31、C32、C 51滤波接3.3V的电压，U8芯片的1脚、9脚接地。U8芯片(即RF2173)的10、11、12脚经过C33、C53滤波接3.3V电压，同时这三个脚也是信号输出脚，经过由L12、C38和C40组成的一个π型匹配网络再经过C34滤波进入U9(如图5)的1脚。在发射电路子单元中，R20、R21和R22组成一个电阻衰减网络，主要的作用是把从U2(如图3)输出的信号功率衰减到U8芯片(即RF2173)所需要的值的范围内。而当R20、R21、R22和C37、C39、L15一起作用时，就能形成均衡电路。由于U8(即RF2173)功率放大芯片在900MHz～930MHz之间会有一个增益衰减，为了增加功率放大器增益平坦度，就需要用这个均衡电路网络来抵消U8在900MHz～930MHz范围内的增益衰减。

如图5所示，为本实用新型射频单元中的耦合器电路子单元(Coupler)，其中的U9芯片(即CP0603A0942CL)是耦合器电路子单元的主要组成部分。功率放大之后的信号经过C34隔直到达方向性耦合器U9(即CP0603A0942CL)的1脚。当信号从U8输出进入U9(即CP0603A0942CL)的1脚时，U9的2脚是1脚的直通端，4脚是1脚的耦合端，3脚是1脚的隔离端；反之，当信号从天线反射回来，从2脚进入U9(即CP0603A0942CL)，此时1脚是2脚的直通端，3脚是2脚的耦合端，4脚是2脚的隔离端。信号在互为直通端的两个引脚通信时，不会发生任何变化。U9芯片(即CP0603A0942CL)3脚对1脚的耦合度为-15dBm，1脚输入的信号经过3脚耦合衰减15dBm后经过R3、R4、R5组成的衰减网络和C1、L2、L3组成的L型匹配网络输入到射频芯片U1(如图7)的7脚。同时，由U9芯片(即CP0603A0942CL)2脚输出到天线的信号经过天线反射回来，经过C42、C43和L13组成的低通滤波网络再返回到2脚，信号通过4脚耦合后经过C56隔直和C1、L2、L3组成的L型匹配网络输入到射频芯片U1(如图7)的6脚，在U1芯片中对这两路差分信号进行基带处理。

如图6所示，为本实用新型射频单元中的振荡电路子单元(TXCO)，U5(TTS18NS-ALL)的1脚经R7、R13分压接3.3V电压，U5的4脚经L8、C14滤波接3.3V电压，3脚输出后经C10隔直输入到U1的48脚，振荡频率为19.2MHz。

如图7所示，为射频单元中的射频芯片子单元(PR9000)，射频芯片子单元中集成了控制单元和基带处理单元。U1(即PR9000)内的压控振荡器和锁相环电路，以及射频单元的振荡电路子单元构成载波合成电路。从天线接收的信号经过载波合成之后经U1芯片(即PR9000)内部缓冲放大，输出给U2(如图3)，然后经过U8、U9处理之后再返回U1(即PR9000)。

如图8所示，为稳压电源单元U10(即MIC69153)，稳压电源单元为各单元和各子单元提供各自所需要的电压值，它属于低压差(LDO)稳压芯片，LDO稳压芯片成本低，噪音低，静态电流小。同时它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容，这样就大大简化了芯片的外围电路。再加上本实用新型采用单电源设计，整个设计的体积就进一步得到了缩小化。U10(即MIC69153)的6脚为芯片使能端，接5V电压，图中5V电压同时经过C49滤波输入给U10的7脚。U10(即MIC69153)的9脚为电压输出脚，R23、R24为分压电阻，将5V电压变压之后由9脚经过C50、C55滤波之后输出。射频单元中的各个子单元的工作电压均为3.3V。

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，应被理解为本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。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.超小型超高频RFID便携式读写器模块，包括射频单元、基带处理单元、控制单元和稳压电源单元，其特征在于，所述控制单元依次与基带处理单元和射频单元连接并集成在同一芯片中，所述射频单元、基带处理单元和控制单元集成的同一芯片用于使控制单元发送控制命令后，经过基带处理单元转换为射频单元能够识别的信号，射频单元接收到命令之后发射射频信号，射频信号经过处理之后由天线发送到标签；或者用于使标签反射回来的信号经由射频单元处理成为基带信号，交给基带处理单元处理，基带处理单元将基带信号转换成控制单元可以识别的控制信息给控制单元；所述稳压电源单元于上述射频单元、基带处理单元和控制单元连接并为其提供所需要的电压。

2.根据权利要求1所述的超小型超高频RFID便携式读写器模块，其特征在于，射频单元包括发射电路子单元、功率放大电路子单元、耦合器电路子单元、振荡电路子单元和射频芯片子单元，所述射频芯片子单元与发射电路子单元、功率放大电路子单元和耦合器电路子单元依次连接形成射频信号传输通道，所述射频单元外部的稳压电源单元与射频单元的振荡电路子单元连接后为射频芯片子单元提供电源。

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