CN207976889U - 多路天线rfid读卡器 - Google Patents

Abstract

一种多路天线RFID读卡器，读卡器数字通信接口通过控制信号流连接于读卡器基站芯片，读卡器基站芯片经由50Ω阻抗转换电路分别通过控制信号流连接于RF天线开关芯片，RF天线开关芯片内部单独的RF天线开关芯片通过射频信号流双向连接于天线板；读卡器基站芯片还通过数据信号流双向连接于读卡器数字通信接口；读卡器基站芯片通过射频信号流双向连接于50Ω阻抗转换电路；50Ω阻抗转换电路还通过射频信号流双向连接于RF天线开关芯片。本实用新型为低成本、长寿命的多路天线RFID读卡器，可供高等院校的电子、电工、通信等专业的教学演示和实验中使用，也可以用于实际的门禁读卡系统及相关的RFID读卡系统中。

Description

多路天线RFID读卡器

技术领域

本实用新型涉及一种低成本、长寿命的多路天线RFID读卡器，可供高等院校的电子、电工、通信等专业的教学演示和实验中使用，也可以用于实际的门禁读卡系统及相关的RFID读卡系统中。

背景技术

RFID是射频识别的英文缩写。RFID读卡器是一种能阅读电子标签数据的自动识别设备。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。根据阅读标签频率的不同分为低频、高频、超高频读卡器。本发明目前用于高频范围，即13.56MHz频段。本发明稍加改动，也可用于其它频段，如超高频频段。

RFID读卡器需配备RFID天线一起使用才能读取标签信息。通常情况下，实现一路的标签信息读取，需要一个读卡器基站芯片和一个RFID读写天线。在一个RFID读卡器的实现电路中，读卡器基站芯片占据主要成本。例如，支持13.56MHz频段所有通信协议的RFID基站芯片RC632，当前的零售价高达40元人民币，占据读卡器总成本的60％以上。

在很多的RFID系统应用场合，需要能同时读写多个分散地点的RFID标签。为实现这个功能，目前主要有两种解决方案。一种是采用多个读卡器基站芯片，每个芯片配备一个RFID读写天线，组成一个独立的RFID读卡模块，然后再给该模块配备能长距离通信的接口电路。主控系统高速分时与这些模块通信，实现近似同时读写多个分散地点的RFID标签。该方案最大的缺点是成本高，多路读取需要多个读卡器基站芯片，前面已分析过该芯片的成本较高。另外的缺点是主控系统分时与读卡模块通信时，操作读卡器基站芯片的每个时隙无法做到很短，从而限制了同时读写的速度和路数。另外一种方案是采用一个读卡器基站芯片，用继电器切换多路天线，每个RFID的读写地点使用一路天线，实现近似同时读写的功能。该方案的最大问题是继电器含机械部件，寿命较短，无法长时间使用。此外，继电器的切换速度较低，也很大程度限制了同时读写的速度和路数。

本专利的目的在于克服上述现有技术之不足，设计一种只采用一个读卡器基站芯片，从而降低成本，利用射频天线开关芯片代替含机械部件的继电器切换多路天线，又极大提高系统使用寿命。此外，由于射频天线开关芯片是半导体器件，切换速度可以很高，并且直接切换天线射频信号的时隙可以分配的很短，因此系统同时读写多个分散地点的RFID标签的实时性也强。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种多路天线RFID读卡器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多路天线RFID读卡器，包括读卡器基站芯片、50Ω阻抗转换电路、读卡器数字通信接口、RF天线开关芯片以及若干路天线板；读卡器数字通信接口通过控制信号流连接于读卡器基站芯片，读卡器基站芯片经由50Ω阻抗转换电路分别通过控制信号流连接于RF天线开关芯片，RF天线开关芯片内部单独的RF天线开关芯片通过射频信号流双向连接于天线板；读卡器基站芯片还通过数据信号流双向连接于读卡器数字通信接口；读卡器基站芯片通过射频信号流双向连接于50Ω阻抗转换电路；50Ω阻抗转换电路还通过射频信号流双向连接于RF天线开关芯片。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

(1)多路天线RFID读卡器的需要的电子器件较少，只需要一片RFID的读卡芯片和若干片RF天线开关芯片(天线开关芯片的数量视需要而定，每个芯片可以增加3路读卡头)及其少量外围器件即可。

(2)多路天线RFID读卡器的连接简单和简洁，参数调试要求低，方便生产。

(3)多路天线RFID读卡器的占用PCB面积最小，芯片器件使用少，连接简单，因此需要占用的PCB面积小，且电路故障率极小，稳定可靠性极高。

(4)多路天线RFID读卡器的实现1路的RFID标签读写价格低廉。例如目前实现9路的RFID标签读写，核心部件RFID读卡器芯片选取功能最全面的RC632芯片(一片40元)，采用3片RF天线开关芯片(3片30元)，则总成本约为70元，每一路的平均成本不到8元。

(5)多路天线RFID读卡器的使用寿命长，由于切换电路采用了RF天线开关，它是半导体器件，相对于继电器无机械部件，理论上无寿命限制。

(6)多路天线RFID读卡器的利用半导体器件直接切换RF射频信号，也不发送指令操作读卡器基站芯片，因此没有继电器切换速度慢和操作芯片有时延的缺点。反应速度快，实时性好，有利于使用者获得“同时”读写不同地点RFID标签的体验感。

本实用新型的附加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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多路天线RFID读卡器的功能图；

图2为多路天线RFID读卡器的整体原理图，

图3为多路天线RFID读卡器的RS232通信模块电原理图，

图4为多路天线RFID读卡器的主控系统模块电原理图，

图5为多路天线RFID读卡器的多路天线RFID读卡器电原理图，

附图标记说明：

读卡器基站芯片1；50Ω阻抗转换电路2；读卡器数字通信接口3；RF天线开关芯片4；路天线板5。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

多路天线RFID读卡器，包括读卡器基站芯片1、50Ω阻抗转换电路2、读卡器数字通信接口3、RF天线开关芯片4以及若干路天线板5。读卡器数字通信接口3通过控制信号流连接于读卡器基站芯片1，读卡器基站芯片1经由50Ω阻抗转换电路2分别通过控制信号流连接于RF天线开关芯片4，RF天线开关芯片4内部单独的RF天线开关芯片通过射频信号流双向连接于天线板5；读卡器基站芯片1还通过数据信号流双向连接于读卡器数字通信接口3；读卡器基站芯片1通过射频信号流双向连接于50Ω阻抗转换电路2；50Ω阻抗转换电路2还通过射频信号流双向连接于RF天线开关芯片4。

读卡器基站芯片1的电路连接方式为：读卡器基站芯片的数字通信接口通过SPI通信接口与外部控制MCU相连接，RF信号输入输出与50Ω阻抗转换电路相连接。

50Ω阻抗转换电路2的电路连接方式为：50Ω阻抗转换电路由高频变压器构成，初级与读卡器基站芯片相连接，次级与RF天线开关芯片相连接。

读卡器数字通信接口3的电路连接方式为：读卡器数字通信接口一端与读卡器基站芯片的SPI接口直接相连，一端通过SIP6接口与外部控制MCU相连接。

RF天线开关芯片4的电路连接方式为：每个RF天线开关芯片输入均与50Ω阻抗转换电路中的高频变压器次级相连接，输出各自连到一个SMA插座。

天线板5电路连接方式为：天线板通过50Ω阻抗传输线与连接RF天线开关芯片输出的SMA插座相连接。

实施例1

图1为多路天线RFID读卡器功能图，多路天线RFID读卡器主要包括读卡器基站芯片1、50Ω阻抗转换电路2、读卡器数字通信接口3、RF天线开关芯片(目前安装3片)4、若干(目前实现的电路不大于9路)路天线板5，共5个组成部分。

图2为多路天线RFID读卡器的整体原理图，图3为多路天线RFID读卡器的RS232通信模块电原理图，图4为多路天线RFID读卡器的主控系统模块电原理图，图5为多路天线RFID读卡器的多路天线RFID读卡器电原理图，其中：

(1)读卡器基站芯片1是NXP公司推出的RC632，零售价格约为40元。它的功能非常完整，能够识别基于RFID的各种智能卡、标识和标签，支持ISO14443A，ISO14443B和ISO15693标准。该芯片的数字通信接口除了并行接口外还提供了SPI总线，对一些I/O资源有限的设计提供了有效的解决方式。

(2)50Ω阻抗转换电路2，解决通过50Ω阻抗同轴电缆远距离连接天线的问题。RC632的默认天线驱动方式是平衡驱动，无法直接与50Ω阻抗同轴电缆相连接。该阻抗匹配电路采用变压器实现了驱动电路从平衡到不平衡的转换，使RC632能连接50Ω阻抗同轴电缆。

(3)读卡器数字通信接口3与RC632对应的管脚直接相连，实现与MCU的通信对接。

(4)RF天线开关芯片4是本实用新型专利实现的关键，其本质上是RF特性优良的多路选择模拟开关。本实用新型专利从纷繁复杂的各种多路选择模拟开关中精心挑选了适合RFID工作频段的型号，作为多路天线的RF信号切换器。其基本工作原理是，主控MCU信号发送切换通道的数字控制信号给该芯片，由该芯片切换RF信号传输的路径，实现不同通道上RF信号输出至天线板。目前板上安装了3片RF天线开关芯片，每片可以切换3路天线

(5)天线板5采用PCB天线板，易于大规模生产，性能稳定，调试方便。

按照附图3-5电路设计好电路板，9路50Ω阻抗的同轴线缆的一端分别接9个SMA天线接口，另一端连至不同RFID标签读写点的天线板(当前每根同轴线缆的最大长度可达4米)。同时将读卡器的数字通信接口与MCU(主控微控制器芯片)相连接。在MCU上编制好相应的控制程序，就可以实现分散地点的多路RFIF标签读写操作。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.多路天线RFID读卡器，其特征在于，包括读卡器基站芯片(1)、50Ω阻抗转换电路(2)、读卡器数字通信接口(3)、RF天线开关芯片(4)以及若干路天线板(5)；

读卡器数字通信接口(3)通过控制信号流连接于读卡器基站芯片(1)，读卡器基站芯片(1)经由50Ω阻抗转换电路(2)分别通过控制信号流连接于RF天线开关芯片(4)，RF天线开关芯片(4)内部单独的RF天线开关芯片通过射频信号流双向连接于天线板(5)；读卡器基站芯片(1)还通过数据信号流双向连接于读卡器数字通信接口(3)；读卡器基站芯片(1)通过射频信号流双向连接于50Ω阻抗转换电路(2)；50Ω阻抗转换电路(2)还通过射频信号流双向连接于RF天线开关芯片(4)。

2.根据权利要求1所述的多路天线RFID读卡器，其特征在于，读卡器基站芯片(1)的电路连接方式为：读卡器基站芯片的数字通信接口通过SPI通信接口与外部控制MCU相连接，RF信号输入输出与50Ω阻抗转换电路相连接。

3.根据权利要求1所述的多路天线RFID读卡器，其特征在于，50Ω阻抗转换电路(2)的电路连接方式为：50Ω阻抗转换电路由高频变压器构成，初级与读卡器基站芯片相连接，次级与RF天线开关芯片相连接。

4.根据权利要求1所述的多路天线RFID读卡器，其特征在于，读卡器数字通信接口(3)的电路连接方式为：读卡器数字通信接口一端与读卡器基站芯片的SPI接口直接相连，一端通过SIP6接口与外部控制MCU相连接。

5.根据权利要求1所述的多路天线RFID读卡器，其特征在于，RF天线开关芯片(4)的电路连接方式为：每个RF天线开关芯片输入均与50Ω阻抗转换电路中的高频变压器次级相连接，输出各自连到一个SMA插座。

6.根据权利要求1所述的多路天线RFID读卡器，其特征在于，天线板(5)电路连接方式为：天线板通过50Ω阻抗传输线与连接RF天线开关芯片输出的SMA插座相连接。