CN218729042U - 一种rfid读写器电路及天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及RFID读写器技术领域，特别是涉及一种RFID读写器电路及天线.所述RFID读写器电路包括：微控制器电路、数模转换电路、功率检测电路、信号调制电路、功率放大电路、载波发生电路、天线电路、信号处理电路、混频系统电路、检波电路、带通滤波电路.本实用新型读取标签(tag)数据的距离较远，并且RFID读写器在出厂检验、测试过程中无需手动调整，使用操作方便.本实用新型的RFID读写器电路基于分立元件及混频/中频专用芯片的HF RFID的读写器及天线系统.本实用新型将天线电路和读写器电路混频/中频单元部分移相电路的传统机械式可变电容器改为电信号控制可变电容器并添加其相关电路，使读写器通过软件控制完成天线部分的调谐，增强天线的适应性。

Description

一种RFID读写器电路及天线

技术领域

本实用新型涉及RFID读写器技术领域，特别是涉及一种RFID读写器电路及天线.

背景技术

射频识别(RFID)是Radio Frequency Identification的缩写，其原理为读写器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的.

RFID技术的基本工作原理如下：标签进入读写器天线辐射场后，靠感应电流所获得的能量运行程序，并将存储在芯片中的数据信息(无源标签)调制到载波上，或者由标签主动发送某一频率的信号(有源标签)，读写器接收到信息并解码后，送至数据处理系统进行有关数据处理.一套完整的RFID系统，是由读写器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成.

以RFID读写器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：

感应耦合及后向散射耦合两种.一般低频的RFID大都采用第一种方式，比如LFRFID 频率一般在125KHz，此类主要用于畜牧业动物耳标，在门禁系统也有使用.HF RFID其载波频率一般是13.56MHz，生活中比较常见的NFC技术便是在此基础之上开发的.UHF RFID频率有在850-910MHz，也有2.4GHz，5.8GHz采用第二种方式.

RFID读写器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置.读写器和标签之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时读写器通过耦合给无源标签提供能量和时序.

现有技术中的RFID读写器识别读取数据距离短，并且RFID读写器的电路中使用传统的机械电容，需要手动调整，使用不方便，因此迫切需要改进.

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种RFID读写器电路及天线，用于解决现有技术中的RFID读写器识别读取数据距离短，并且RFID读写器的电路中使用传统的机械电容，需要手动调整，使用不方便的问题.

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种RFID读写器电路，所述RFID读写器电路包括：

微控制器电路，其信号输入端连接功率检测电路、信号处理电路的信号输出端，所述微控制器电路的信号输出端连接数模转换电路、信号调制电路的信号输入端；

天线电路，其信号输入端连接数模转换电路的信号输出端，所述天线电路的信号输出端连接功率检测电路、带通滤波电路的信号输入端；

载波发生电路，其信号输出端连接信号调制电路的信号输入端；

功率放大电路，其信号输入端连接信号调制电路的信号输出端，所述功率放大电路的信号输出端连接天线电路的信号输入端；

检波电路，其输入端连接所述带通滤波电路的信号输出端；

混频系统电路，其信号输入端连接所述检波电路的信号输出端，所述混频系统电路的信号输出端连接所述信号处理电路的信号输入端.

在本实用新型的一实施例中，所述天线电路包括：

射频场检测环，其信号输出端连接所述功率检测电路的信号输入端；

天线调谐单元，其信号输入端连接所述数模转换电路的信号输出端.

在本实用新型的一实施例中，所述微控制器电路的芯片型号为STM32F103C8T6.

在本实用新型的一实施例中，所述信号调制电路包括第一芯片、第二芯片、第三芯片，所述第一芯片、第二芯片、第三芯片的型号为SN74LVC1G125DBVR.

在本实用新型的一实施例中，所述第一芯片的引脚1分别连接第一电阻、第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接所述微控制器电路，所述第一电容的另一端接地，所述第一芯片的引脚5分别连接第二电容的一端以及电源，所述第二电容的另一端接地，第一芯片的引脚4连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端分别连接第四电阻、第五电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第二芯片的引脚4，所述第二芯片的引脚1分别连接第三电阻、第三电容的一端，所述第三电阻的另一端连接所述微控制器电路，所述第三电容的另一端接地，所述第二芯片的引脚5分别连接第四电容的一端以及电源，所述第四电容的另一端接地，第二芯片的引脚4连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第二电阻的另一端、第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端分别连接功率放大电路、第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接第三芯片的引脚4，所述第三芯片的引脚1分别连接第六电阻、第五电容的一端，所述第六电阻的另一端连接所述微控制器电路，所述第五电容的另一端接地，所述第三芯片的引脚5分别连接第六电容的一端以及电源，所述第六电容的另一端接地，第三芯片的引脚4连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接第五电阻的另一端以及功率放大电路.

在本实用新型的一实施例中，所述载波发生电路包括第四芯片，所述第四芯片的型号为 SN74LVC1404DCUR.

在本实用新型的一实施例中，所述第四芯片的引脚1通过第十三电阻连接电源，所述第四芯片的引脚2分别连接第十一电阻、第十二电阻的一端，所述第十一电阻的另一端分别连接第十七电容以及信号输出端，所述第十二电阻的另一端分别连接第四芯片的引脚3、第十八电容的一端以及信号输入端，所述第四芯片的引脚6通过第十四电阻接地.

在本实用新型的一实施例中，所述混频系统电路包括第五芯片和第六芯片，所述第五芯片的型号为SA605DK，所述第六芯片的型号为LXRW19V201-058.

在本实用新型的一实施例中，所述信号处理电路包括第七芯片和第八芯片，所述第七芯片的型号为THS4221DBVR，所述第八芯片的型号为LM7321MF/NOPB.

本实用新型还提供一种天线，所述天线包括上述的RFID读写器电路.

如上所述，本实用新型的一种RFID读写器电路及天线，具有以下有益效果：

本实用新型的RFID读写器电路包括微控制器电路、数模转换电路、功率检测电路、信号调制电路、功率放大电路、载波发生电路、天线电路、信号处理电路、混频系统电路、检波电路、带通滤波电路.本实用新型的RFID读写器读取标签(tag)数据的距离较远，并且RFID读写器在出厂检验、测试过程中无需手动调整，使用操作方便.

本实用新型的RFID读写器电路基于分立元件及混频/中频专用芯片的HF RFID的读写器及天线系统.本实用新型将天线电路和读写器电路混频/中频单元部分移相电路的传统机械式可变电容器改为电信号控制可变电容器并添加其相关电路，可使读写器通过软件控制完成天线部分的调谐，增强天线的适应性，RFID天线对金属等物质比较敏感，混频/中频单元部分的正交检波器部分对信号的相位要求比较严格，生产过程因为物料公差的原因，读写器出厂时需要手动调整上述可变电容器来获得天线好的谐振状态和正交检波器好的检波效果.此方案完全实现自动化，提高效率.

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的结构示意图.

图2为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的天线电路的结构示意图.

图3为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的信号调制电路、功率放大电路、载波发生电路的原理图.

图4为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的检波电路、带通滤波电路的原理图.

图5为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的混频系统电路的原理图.

图6为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的信号处理电路的原理图.

图7为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的功率检测电路的原理图.

图8为本申请实施例提供的一种RFID读写器电路的天线电路的原理图.

元件标号说明

1-微控制器电路 2-数模转换电路

3-功率检测电路 4-信号调制电路

5-功率放大电路 6-载波发生电路

7-天线电路 8-信号处理电路

9-混频系统电路 10-检波电路

11-带通滤波电路 71-射频场检测环

72-天线调谐单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效.本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变.需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合.

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂.

请参阅图1，本实用新型提供一种RFID读写器电路，所述RFID读写器电路包括：微控制器电路1、数模转换电路2、功率检测电路3、信号调制电路4、功率放大电路5、载波发生电路6、天线电路7、信号处理电路8、混频系统电路9、检波电路10、带通滤波电路11.

所述微控制器电路1的信号输入端连接功率检测电路3、信号处理电路8的信号输出端，所述微控制器电路1的信号输出端连接数模转换电路2、信号调制电路4的信号输入端，所述天线电路7的信号输入端连接数模转换电路2的信号输出端，所述天线电路7的信号输出端连接功率检测电路3、带通滤波电路11的信号输入端，所述载波发生电路6的信号输出端连接信号调制电路4的信号输入端，所述功率放大电路5的信号输入端连接信号调制电路4 的信号输出端，所述功率放大电路5的信号输出端连接天线电路7的信号输入端，所述检波电路10的输入端连接所述带通滤波电路11的信号输出端，所述混频系统电路9的信号输入端连接所述检波电路10的信号输出端，所述混频系统电路9的信号输出端连接所述信号处理电路8的信号输入端.

请参阅图2，所述天线电路7包括射频场检测环71和天线调谐单元72，所述射频场检测环71的信号输出端连接所述功率检测电路3的信号输入端，所述天线调谐单元72的信号输入端连接所述数模转换电路2的信号输出端.

具体的，所述微控制器电路1处理上位机发送过来的数据，并依据相关RFID的协议编码发送数据信息到信号调制电路4，另外也接收信号处理电路8输出的数字信号，解析出标签的应答数据，依次由所述功率放大电路5发送至天线电路7.所述微控制器电路1、信号调制电路4、功率放大电路5、天线电路7、带通滤波电路11、检波电路10、混频系统电路9、信号处理电路8构成反馈电路，当读写器输出信号到天线电路7，所述射频场检测环71拾取信号到功率检测部分，微控制器电路1得到信号的强度，微控制器电路1输出模拟信号到 VCTL来调整天线的谐振状态.通过遍历找到最合适的天线谐振状态.所述微控制器电路1 的芯片型号为STM32F103C8T6.

请参阅图3，所述信号调制电路4包括第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3，所述第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3的型号为SN74LVC1G125DBVR.所述第一芯片 U1的引脚1分别连接第一电阻R1、第一电容C1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述微控制器电路1，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一芯片U1的引脚5分别连接第二电容C2的一端以及电源，所述第二电容C2的另一端接地，第一芯片U1的引脚4连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第四电阻R4、第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端连接第二芯片U2的引脚4，所述第二芯片U2的引脚1分别连接第三电阻R3、第三电容C3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述微控制器电路1，所述第三电容C3的另一端接地，所述第二芯片U2的引脚5分别连接第四电容C4的一端以及电源，所述第四电容C4的另一端接地，第二芯片U2的引脚4连接第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端连接第二电阻R2的另一端、第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5 的另一端分别连接功率放大电路5、第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端连接第三芯片U3的引脚4，所述第三芯片U3的引脚1分别连接第六电阻R6、第五电容C5的一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述微控制器电路1，所述第五电容C5的另一端接地，所述第三芯片U3的引脚5分别连接第六电容C6的一端以及电源，所述第六电容C6的另一端接地，第三芯片U3的引脚4连接第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端连接第五电阻R5的另一端以及功率放大电路5.所述载波发生电路6包括第四芯片U4，所述第四芯片 U4的型号为SN74LVC1404DCUR.所述第四芯片U4的引脚1通过第十三电阻R13连接电源，所述第四芯片U4的引脚2分别连接第十一电阻R11、第十二电阻R12的一端，所述第十一电阻R11的另一端分别连接第十七电容C17以及信号输出端，所述第十二电阻R12的另一端分别连接第四芯片U4的引脚3、第十八电容C18的一端以及信号输入端，所述第四芯片 U4的引脚6通过第十四电阻R14接地.

具体的，所述信号调制电路4接收来自微控制器电路1的数据信息，所述载波发生电路 6输出载波信号至信号调制电路4，所述信号调制电路4将数据信息发送至功率放大电路5，所述功率放大电路5将信号进行放大.

请参阅图4、图5、图6、图7、图8，所述混频系统电路9包括第五芯片U5和第六芯片U6，所述第五芯片U5的型号为SA605DK，所述第六芯片U6的型号为LXRW19V201-058. 所述信号处理电路8包括第七芯片U7和第八芯片U8，所述第七芯片U7的型号为 THS4221DBVR，所述第八芯片U8的型号为LM7321MF/NOPB.所述功率检测电路3包括第九芯片U9，所述第九芯片U9的型号为LTC5507ES6.

具体的，所述带通滤波电路11通过第八电感L8与所述检波电路10相连接，所述检波电路10通过第二十六电容C26与所述混频系统电路9相连接，所述混频系统电路9通过第十七电阻R17、第十八电阻R18、第三十电容C30、第三十一电容C31与信号处理电路8相连接，所述信号处理电路8通过第二十电阻R20与所述微控制器电路(1)相连接.控制信号施加到第十芯片U10、第十一芯片U11，所述第十芯片U10、第十一芯片U11串联起来提高耐压能力，调整VCTL，可使电容变化，从而改变天线的谐振频率.当读写器输出信号到天线，J9有个简易的探测环，探测环拾取信号到功率检测部分，微控制器ADC(模数转换单元) 得到信号的强度，微控制器通过DAC(数模转换单元)输出模拟信号到VCTL来调整天线的谐振状态.通过遍历找到最合适的天线谐振状态.具体的，所述数模转换单元输出一个电压施加在压控电容上，不同的电压会对应不同的电容值，电容与天线线圈电感处于LC谐振，需要将频率控制在13.56Mhz附近，由于匹配方式的不同及阻抗变换电路的引入，电感会有误差，所以对应这不同的电容.

综上所述，本实用新型的RFID读写器读取标签(tag)数据的距离较远，并且RFID读写器在出厂检验、测试过程中无需手动调整，使用操作方便.

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型.任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变. 因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种RFID读写器电路，其特征在于，所述RFID读写器电路包括：

微控制器电路(1)，其信号输入端连接功率检测电路(3)、信号处理电路(8)的信号输出端，所述微控制器电路(1)的信号输出端连接数模转换电路(2)、信号调制电路(4)的信号输入端；

天线电路(7)，其信号输入端连接数模转换电路(2)的信号输出端，所述天线电路(7)的信号输出端连接功率检测电路(3)、带通滤波电路(11)的信号输入端；

载波发生电路(6)，其信号输出端连接信号调制电路(4)的信号输入端；

功率放大电路(5)，其信号输入端连接信号调制电路(4)的信号输出端，所述功率放大电路(5)的信号输出端连接天线电路(7)的信号输入端；

检波电路(10)，其输入端连接所述带通滤波电路(11)的信号输出端；

混频系统电路(9)，其信号输入端连接所述检波电路(10)的信号输出端，所述混频系统电路(9)的信号输出端连接所述信号处理电路(8)的信号输入端；

所述天线电路(7)包括：

射频场检测环(71)，其信号输出端连接所述功率检测电路(3)的信号输入端；

天线调谐单元(72)，其信号输入端连接所述数模转换电路(2)的信号输出端；

所述微控制器电路(1)的芯片型号为STM32F103C8T6；

所述信号调制电路(4)包括第一芯片(U1)、第二芯片(U2)、第三芯片(U3)，所述第一芯片(U1)、第二芯片(U2)、第三芯片(U3)的型号为SN74LVC1G125DBVR。

2.根据权利要求1所述的一种RFID读写器电路，其特征在于：所述第一芯片(U1)的引脚1分别连接第一电阻(R1)、第一电容(C1)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接所述微控制器电路(1)，所述第一电容(C1)的另一端接地，所述第一芯片(U1)的引脚5分别连接第二电容(C2)的一端以及电源，所述第二电容(C2)的另一端接地，第一芯片(U1)的引脚4连接第二电阻(R2)的一端，所述第二电阻(R2)的另一端分别连接第四电阻(R4)、第五电阻(R5)的一端，所述第四电阻(R4)的另一端连接第二芯片(U2)的引脚4，所述第二芯片(U2)的引脚1分别连接第三电阻(R3)、第三电容(C3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接所述微控制器电路(1)，所述第三电容(C3)的另一端接地，所述第二芯片(U2)的引脚5分别连接第四电容(C4)的一端以及电源，所述第四电容(C4)的另一端接地，第二芯片(U2)的引脚4连接第四电阻(R4)的一端，所述第四电阻(R4)的另一端连接第二电阻(R2)的另一端、第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端分别连接功率放大电路(5)、第七电阻(R7)的一端，所述第七电阻(R7)的另一端连接第三芯片(U3)的引脚4，所述第三芯片(U3)的引脚1分别连接第六电阻(R6)、第五电容(C5)的一端，所述第六电阻(R6)的另一端连接所述微控制器电路(1)，所述第五电容(C5)的另一端接地，所述第三芯片(U3)的引脚5分别连接第六电容(C6)的一端以及电源，所述第六电容(C6)的另一端接地，第三芯片(U3)的引脚4连接第七电阻(R7)的一端，所述第七电阻(R7)的另一端连接第五电阻(R5)的另一端以及功率放大电路(5)。

3.根据权利要求2所述的一种RFID读写器电路，其特征在于：所述载波发生电路(6)包括第四芯片(U4)，所述第四芯片(U4)的型号为SN74LVC1404DCUR。

4.根据权利要求3所述的一种RFID读写器电路，其特征在于：所述第四芯片(U4)的引脚1通过第十三电阻(R13)连接电源，所述第四芯片(U4)的引脚2分别连接第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)的一端，所述第十一电阻(R11)的另一端分别连接第十七电容(C17)以及信号输出端，所述第十二电阻(R12)的另一端分别连接第四芯片(U4)的引脚3、第十八电容(C18)的一端以及信号输入端，所述第四芯片(U4)的引脚6通过第十四电阻(R14)接地。

5.根据权利要求4所述的一种RFID读写器电路，其特征在于：所述混频系统电路(9)包括第五芯片(U5)和第六芯片(U6)，所述第五芯片(U5)的型号为SA605DK，所述第六芯片(U6)的型号为LXRW19V201-058。

6.根据权利要求5所述的一种RFID读写器电路，其特征在于：所述信号处理电路(8)包括第七芯片(U7)和第八芯片(U8)，所述第七芯片(U7)的型号为THS4221DBVR，所述第八芯片(U8)的型号为LM7321MF/NOPB。

7.一种天线，其特征在于：所述天线包括权利要求1至权利要求6任意一项所述的RFID读写器电路。

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