TWI538420B

TWI538420B - 收發器

Info

Publication number: TWI538420B
Application number: TW103130239A
Authority: TW
Inventors: 張耿豪; 張劭彰
Original assignee: 晶隼科技股份有限公司
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-06-11
Also published as: US20150063430A1; TW201511487A; US9413431B2; CN104426578A

Description

收發器

本發明涉及一種收發器，尤指一種用於射頻識別(radio frequency identification，RFID)讀取器之收發器。

現今，射頻識別(radio frequency identification，RFID)已經被廣泛應用在各種不同的領域。在傳統RFID系統中的RFID讀取器，類比前端(analog front end，AFE)具有一個複雜的結構，包含龐大的電路規模、高功率消耗以及高成本。第1圖為說明傳統RFID讀取器1的收發器11的方塊圖。參照第1圖，傳統RFID讀取器1的收發器11的AFE 12包含一對I/Q混合器13(例如，一I通道混合器131與一Q通道的混合器132)、一對密集讀取器模式(dense reader mode，DRM)濾波器14、一對輸入增益電路15、一對數位化儀器16、一接收信號強度指示(received signal strength indication，RSSI)測定儀17以及一輸出增益電路18。

由RFID讀取器1所接收到之從外部裝置110(例如，RFID標籤)的RF訊號(RF signal,RFS)會被傳送到指向單元19，之後再傳送到I/Q混合器13；所接收到的RF訊號RFS藉由該對I/Q混合器13降頻轉換成I通道基頻訊號(I-channel baseband signal，IBS)以及Q通道基頻訊號(Q-channel baseband signal，QBS)，而該對DRM濾波器14可以消除不需要的雜訊和諧波分量。再者，該對輸入增益電路15可以放大I通道基頻訊號IBS以及Q通道基頻訊號QBS。此外，被放大的I通道以及Q通道的基頻訊號可以藉由該對數位化儀器16轉換成數位訊號IDS(I-channel digital signal，I通道數位訊號)以及QDS(Q-channel digital signal，Q通道數位訊號)。數位訊號IDS以及QDS被送到微控制單元(micro control unit，MCU)來進行後續處理。另一方面，被放大的I通道以及Q通道的基頻訊號也被送到RSSI測定儀17以量測RSSI，從而偵測來自其他外部裝置的干擾。

然而，該對I/Q混合器13、DRM濾波器14以及輸入增益電路15會消耗大量的功率，具有龐大的電路規模以及高成本，從而導致RFID讀取器1中的收發器11具有過於龐大的體積以及高成本。再者，為了容納大量功率的消耗，RFID讀取器1可能需要外部的外部電源供應，例如，電池。因此，如此結構的RFID讀取器11不適用在一可攜式裝置上。

因此可以研發一種具有精簡的電路結構、小體積及低功率消耗並適用於可攜式裝置的RFID讀取器。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要為提供一種小體積、低功率且適用於可攜帶裝置的收發器。

為達到上述目的，本發明提供一種用於射頻識別(radio frequency identification，RFID)讀取器的收發器。本發明之收發器可包括一射頻(radio frequency，RF)前端，具有一天線以及與該天線連接的一RF濾波器；一傳送部件，具有一第一匹配電路以及與該第一匹配電路連接的一傳送電路；一接收部件，具有一第二匹配電路、一偵測電路、一放大器以及一類比/數位訊號(analog-to-digital，A/D)轉換器；一功率分配器，具有與該傳送部件中的該第一匹配電路連接的一第一端、與該接收部件中的該第二匹配電路連接的一第二端、以及與該RF前端中的該RF濾波器連接的一第三端；一微控制單元(micro control unit，MCU)，該MCU分別與該傳送部件以及該接收部件連接，並可產生一發送訊號及接收一擷取資料。此外，本發明的偵測電路可連接在該第二匹配電路與該放大器的一輸入端之間，另外，本發明的A/D轉換器可連接至該放大器的一輸出端。

依據本發明之內容，該收發器可進一步包括一RF開關、一第三匹配電路以及一接收電路。該RF開關可具有三個端，係分別與該功率分配器中的該第三端、該第三匹配電路以及該RF前端中的該RF濾波器連接。該接收電路以及該傳送部件可以整合在一積體電路中並且可以進行長距離雙向傳輸。

較佳地，本發明之第三匹配電路可以在該RF開關的該端與該接收電路的輸入端之間提供阻抗匹配。

此外，本發明之第一匹配電路可以在該功率分配器中的該第一端與該傳送電路的一輸出端之間提供阻抗匹配，而該第二匹配電路可以在該功率分配器中的該第二端與該偵測電路的一輸入端之間提供阻抗匹配。

較佳地，本發明之偵測電路可包括一二極體、一電容以及一與該電容平行連接的一第一電阻。另外，該二極體的陽極可連接到該第二匹配電路，而該二極體的陰極可分別連接到該電容的一端以及該第一電阻的一端。

較佳地，本發明之二極體可為一蕭克利(Shockley)二極體，此外，該電容以及該第一電阻可形成一低通濾波器。

較佳地，本發明之放大器可包括一運算放大器以及複數個第二電阻。

較佳地，該放大器可以放大一基頻訊號，另外，該複數個第二電阻可形成一帶通濾波器。

較佳地，該A/D傳換器可為一離散部件或是一積體部件，而當該A/D轉換器是一積體部件時則可以整合在該MCU中。

較佳地，該功率分配器可為一威金森(Wilkinson)功率分配器。

1‧‧‧傳統RFID讀取器

11‧‧‧收發器

12‧‧‧類比前端

13‧‧‧I/Q混合器

14‧‧‧密集讀取器模式濾波器

15‧‧‧輸入增益電路

16‧‧‧數位化儀器

17‧‧‧接收信號強度指示測定儀

18‧‧‧輸出增益電路

19‧‧‧指向單元

110‧‧‧外部裝置

2‧‧‧RFID讀取器

21‧‧‧RF前端

211‧‧‧天線

212‧‧‧RF濾波器

22‧‧‧功率分配器

22a-c‧‧‧端

23‧‧‧傳送部件

231‧‧‧匹配電路

232‧‧‧傳送電路

232a‧‧‧輸出端

24‧‧‧接收部件

241‧‧‧匹配電路

242‧‧‧偵測電路

242a‧‧‧輸入端

243‧‧‧放大器

243a‧‧‧輸入端

243b‧‧‧輸出端

244‧‧‧A/D轉換器

25‧‧‧微控制單元

30‧‧‧RFID標籤

31‧‧‧二極體

31a‧‧‧陽極

31b‧‧‧陰極

32‧‧‧電容

32a-b‧‧‧端

33‧‧‧電阻

33a-b‧‧‧連接端

34‧‧‧運算放大器

34a‧‧‧非反向輸入端

34b‧‧‧反向輸入端

34c‧‧‧輸出端

35-38‧‧‧電阻

37a-b‧‧‧端

4‧‧‧RFID讀取器

41‧‧‧接收電路

42‧‧‧匹配電路

43‧‧‧開關

43a-c‧‧‧端

44‧‧‧收發器晶片

本發明之其它目的、好處與創新特徵將可由以下本發明之詳細範例連同附屬圖式而得知。

第1圖為說明傳統RFID讀取器的收發器的方塊圖。

第2A圖為說明依據本發明實施例之RFID讀取器的方塊圖。

第2B圖為說明依據本發明實施例之第2A圖中的偵測電路以及放大器的方塊圖。

第3A圖為說明依據本發明另一實施例之RFID讀取器的方塊圖。

第3B圖為說明依據本發明實施例之外部裝置與RFID讀取器的方塊圖。

當併同各隨附圖式而閱覽時，即可更佳瞭解本發明較佳範例之前揭摘要以及上文詳細說明。為達本發明之說明目的，各圖式中繪有現屬較佳之各範例。然應瞭解本發明並不限於所繪之精確排置方式及設備裝置。

現將詳細參照本發明附圖所示之範例。所有圖式盡可能以相同元件符號來代表相同或類似的部份。請注意該等圖式係以簡化形式繪成，並未依精確比例繪製。

鑒於上述圖式，本發明之主要目的在於提供一收發器。參照第2A圖，第2A圖為說明依據本發明實施例之RFID讀取器2的方塊圖。參照第2A圖，RFID讀取器2可包括射頻(radio frequency，RF)前端21、功率分配器22、傳送部件23、接收部件24、以及微控制單元(micro control unit，MCU)25。

該RF前端21可包括天線211以及與該天線211連接的RF濾波器212。該傳送部件23可包括匹配電路231以及與該匹配電路231連接的傳送電路232。該接收部件24可包括匹配電路241、偵測電路242、放大器243、以及類比/數位訊號(analog-to-digital，A/D)轉換器244。在本發明的第一實施例中，偵測電路242可連接在匹配電路241以及放大器243的輸入端243a之間。此外，A/D轉換器244可連接至放大器243的輸出端243b。

功率分配器22具有與RF濾波器212連接的一端22a以及與傳送部件23的匹配電路231連接的一端22b和與接收部件24的匹配電路241連接的一端22c。

匹配電路231可以在該功率分配器22的該端22b與傳送電路 232的輸出端232a之間提供阻抗匹配。同樣地，匹配電路241可以在功率分配器22中的該端22c與偵測電路242的輸入端242a之間提供阻抗匹配。

在傳送模式下，讀取器2可以傳送一訊號到距離讀取器2相對遠(例如，5公尺的範圍)所設置的外部裝置(未顯示於圖式中)，該傳送的訊號(transmitted signal,TS1)可由MCU25產生。該訊號TS1接著被傳送電路232調變以及向上變頻成RF訊號TS2。該RF訊號TS2可接著通過匹配電路231、功率分配器22以及該RF濾波器212傳送到天線211。在本發明之其中一實施例中，功率分配器22可以但並不限定於Wilkinson功率分配器。再者，RF濾波器212可以消除RF訊號TS2不需要的雜訊與諧波分量。之後天線211可傳送一已濾波的訊號TS3到外部裝置。

另一方面，在接收模式下，讀取器2可以接收來自距離讀取器2相對短距離(例如，50公分範圍內)的外部裝置30(例如，RFID標籤)的訊號，來自外部裝置30的RF訊號RS1可以被天線211接收，接著，該訊號RS1通過RF濾波器212、功率分配器22以及匹配電路241傳送到偵測電路242。相同地，RF濾波器212可以消除RF訊號RS1不需要的雜訊與諧波分量(已濾波的RF訊號被稱為RS2)。

偵測電路242、放大器243以及A/D轉換器244是作為一整體運作且可以將訊號RS2向下變頻以及解調變，而包含在訊號RS2中的資料因此可被擷取。所擷取的資料之後被傳送到MCU 25。再者，通過接收部件24，來自其它裝置(未顯示於圖式中)與訊號RS1在相同頻帶(或頻道)的訊號也能同樣被接收，而RSSI也可以被量測。

偵測電路242以及放大器243的詳細結構及操作方式將參照本發明之實施例的第2B圖進行說明。

第2B圖為說明依據本發明實施例之第2A圖的偵測電路242 以及放大器243的方塊圖。參照第2B圖，偵測電路242可包括二極體31、電容32、以及電阻33。在本發明其中一實施例中，該二極體31可以但並不限定於蕭克利(Shockley)二極體。該二極體31的陽極31a可以連接至偵測電路241，該二極體31的陰極31b可以連接至電容32的一端32a以及該電阻33的一端33a。電容32與電阻33是以平行的方式連接。再者，電容32的一端32b與電阻33的一端33b是接地的。

二極體31可以糾正訊號RS2。此外，電容32與電阻33可視作一整體運作且可與低通濾波器具有相同的功能來消除訊號RS2的載子，從而將訊號RS2向下變頻成一基頻訊號RS3。

放大器243可包括運算放大器(operational amplifier， OP-AMP)34以及4個電阻35、36、37以及38。該OP-AMP 34的非反向輸入端34a可以通過電阻35來連接至二極體31的陰極31b，之後接收來自偵測電路242的基頻訊號RS3。此外，通過電阻36，反向輸入端34b可以連接至一施加偏壓Vb的電壓源(未顯示於圖式中)。電阻37的一端37a可以連接至OP-AMP 34的反向輸入端34b，而電阻37的一端37b則可以接地。電阻38可以連接在OP-AMP 34的非反向輸入端34a與輸出端34c之間。OP-AMP 34可以放大基頻訊號RS3，而該等4個電阻35、36、37以及38可視作一整體來運作且與帶通濾波器具有相同的功能並消除不需要的雜訊。

被放大的基頻訊號RS4接著被傳送到A/D轉換器244，該A/D 轉換器244可以將所放大的基頻訊號RS4轉換成數位訊號。該數位訊號代表包含在訊號RS2中的資料。在本發明之一實施例中，A/D轉換器244可以為離散部件。在本發明之另一實施例中，A/D轉換器244可以整合在MCU25中。

第3A圖為說明依據本發明另一實施例之RFID讀取器4的方塊圖。參照第3A圖，讀取器4可相似於第2A圖中所說明的讀取器2，除了讀取器4可更進一步包括接收電路41、匹配電路42、以及開關43外。在本發明的第二實施例中，接收電路41以及傳送電路232都是收發器晶片44的一部分並用來進行長距離雙向傳輸。

在本發明之一實施例中，開關43可以但並不限定於單刀雙擲 (single pole double throw，SPDT)RF開關。SPDT RF開關43具有三個端43a、43b及43c，係分別與RF濾波器212、匹配電路42以及功率分配器22的該端22a連接的。

在傳送模式下，SPDT RF開關43可以配置成讓RF前端21連接至功率分配器22的該端22a或反過來讓RF前端21連接至傳送電路232。參照上述本發明第2A圖的實施例，在傳送電路232的幫助下，由MCU 25所產生的訊號可以傳送至距離讀取器4相對長距離的外部裝置51(例如，依據本發明之實施例的外部裝置51與RFID讀取器4)。該外部裝置51可以但並不限定於家電裝置，例如，電視。

再次參照第3A圖，另一方面，在接收模式下，SPDT RF開關43可以配置成讓RF前端21連接至匹配電路42或者反過來讓RF前端21連接至接收電路41。在接收電路41的幫助下，來自外部裝置51的訊號可以被讀取器4接收。

參照第3B圖，在傳送電路232以及接收電路41的幫助下，家電裝置51可以傳送控制訊號至讀取器4及接收來自讀取器4的控制訊號。透過該控制訊號，家電裝置51以及裝備讀取器4的可攜式裝置52(例如，平板電腦或是智慧型手機)可以配置成一組。在本發明之一實施例中，該可攜式裝置52可以與家電裝置51的遙控器具有相同的功能。再者，在接收到來自於家電裝置51的控制訊號前，讀取器4的接收電路41能測量RSSI以避免來自其它家電裝置53與54的干擾。

在本發明第二實施例中，透過接收部件24的幫助，讀取器4還可以接收來自RFID標籤30的訊號。

在說明本發明之代表性範例時，本說明書已經提出操作本發明之該方法及/或程序做為一特定順序的步驟。但是，某種程度上該方法或程序並不會依賴此處所提出的特定順序的步驟，該方法或程序不應限於所述之該等特定的步驟順序。如本技藝專業人士將可瞭解，其它的步驟順序亦為可行。因此，在本說明書中所提出之特定順序的步驟不應被視為對於申請專利範圍之限制。此外，關於本發明之方法及/或程序之申請專利範圍不應限於在所提出順序中之步驟的效能，本技藝專業人士可立即瞭解該等順序可以改變，且仍維持在本發明之精神及範圍內。

熟習此項技藝者應即瞭解可對上述各項範例進行變化，而不致悖離其廣義之發明性概念。因此，應瞭解本發明並不限於本揭之特定範例，而係為涵蓋歸屬如後載各請求項所定義之本發明精神及範圍內的修飾。