專利名稱：Uhf主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子標簽通訊方案，尤其是指一種UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)。
技術(shù)背景UHF標簽是RFID電子標簽中的一種，UHF電子標簽屬于無源電子標簽， 在閱讀器的讀出范圍之外時，電子標簽處于無源狀態(tài)，在讀寫器的讀出范 圍之內(nèi)時，電子標簽從讀寫器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電源。 無源電子標簽一般均采用反射調(diào)制方式完成電子標簽信息向讀寫器的傳 送。UHF電子標簽具有識別距離遠、識讀率高、防沖突能力強、可擴展性 好等特點，目前市場上的各種類型的讀寫器基本的工作原理都是一樣的， 不同的地方主要體現(xiàn)在標簽返回信號的接^C方式，因為標簽需要讀寫器提 供能量才能工作，如果標簽微弱的信號在返回讀寫器期間微波功率發(fā)射不 能關(guān)閉，因此讀寫器信號接收電路必須要在很強的微波信號和微弱的標簽 返回信號混合進入時，能夠解調(diào)出所需的標簽信號，可以說這是讀寫器設(shè) 計的難點、關(guān)鍵點所在，所以讀寫器設(shè)計的各種不同的方案的不同點也主 要集中在這里。電子標簽分主動式工作和觸發(fā)式工作二種，主動式有源電子標簽基本工 作方式電子標簽按照設(shè)定的間隔時間發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的微波信號，接收機接 收到該信號以后經(jīng)過微波放大及解調(diào)出數(shù)裙信號，該數(shù)據(jù)信號送入控制單元 按照擬定的通訊協(xié)議譯碼并上傳數(shù)據(jù)，完成一組數(shù)據(jù)的收發(fā)過程。接收機的 天線特性決定了標簽工作時的方向性，即天—線為全向接收時，標簽的位置相 對于天線是360度工作，天線為定向接收時，標簽的位置相對于天線是在天 線的夾角內(nèi)工作。實際上，由于定向天線的前后比不可能做得很大，再加上 接收機的高靈敏度，標簽在定向天線的四周都可以工作，只是在天線的主瓣 區(qū)域內(nèi)接收距離較遠，其它角度接收距離較近，不同位置的工作距離差異與 天線的前后比相關(guān)。觸發(fā)式有源電子標簽的工作方式與主動式基本相同，不同點主要是標簽 平時并不發(fā)射信號，只是在進入讀寫器的工作范圍內(nèi)(這里是指讀寫器發(fā)射 功率的場強)，標簽被觸發(fā)工作。工作以后的狀態(tài)與主動的基本相同。上述有源電子標簽通訊系統(tǒng)的組成主要'是電子標簽部分由一塊專用的 "微波數(shù)字集成電路"配合單片機控制單元組成，其中微波集成單元包括鎖 相環(huán)、微波調(diào)制(ASK、 FSK)、微波功率放—大等功能，有的集成模塊的發(fā)射功率可調(diào)。標簽的主要作用是發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的微波信號。接收機部分主要也 是由"接受微波數(shù)字集成電路模塊"配合控制單元組成，其中微波集成單元主要有低噪聲接收放大器、鎖相環(huán)、90度正交混頻檢波電路、I和Q兩路正交解調(diào)及低頻放大器、脈沖整形等電路單元。其主要作用是設(shè)定一個與電子 標簽完全一樣的本振頻率， 一般是零中頻接受并解調(diào)標簽發(fā)射的微波信兮， 再經(jīng)過控制單元處理后上傳數(shù)據(jù)。 、除了上述的產(chǎn)品之外，還有雙頻工作模式、即標簽及讀寫器部分收發(fā)采 用不同的頻率。但不管什么模式的工作系統(tǒng)，其基本的解決方案都是采用發(fā) 達國家生產(chǎn)的微波集成收發(fā)電路，數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)都由"微波集成電路" 完成，收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)比較簡單且但標簽的鋼性成本沒有降價的空間。兩 種標簽通訊系統(tǒng)在實際應用中各有千秋，但在人員及車輛管理等方面，由于 人體及汽車金屬膜的影響，無源卡的工作靈敏度不能滿足實際要求，有源標 簽由于靈敏度很高，可以滿足距離要求。也正是有源系統(tǒng)靈敏度很高，導致 讀卡的方向性比較差，即定向天線的背面也能進行通訊，這個特性給實際應 用帶來許多難以克服的問題。目前市場上遠距離RFID系統(tǒng)除UHF的—頻段以外，基本都是有源標簽工 作模式，從產(chǎn)品方案看主要是發(fā)達國家集成化的產(chǎn)品，不易仿制，從用戶角 度講，購買價格太高，以2.4G產(chǎn)品為例，讀寫器(指有方向性天線的讀寫 器)價格從3000元至5000元(人民幣)不等，標簽價格50元(人民幣) 以上，這些對一般用戶來講都是難以承受的。綜上，現(xiàn)有的電子標簽通訊方案其定向天線的方向性的確定存在著相當 大的不足，且成本較高?；谝陨戏治?，本發(fā)明人開發(fā)出來了 920MHZ主動 式有源電子標簽通訊系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本實發(fā)明的目的在于提供一種UHF主動'式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，它降 低了成，、使得接收電路接受到的模擬數(shù)據(jù)脈沖信號具有幅度可比性、接收靈敏度高。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，包括由接收機和標簽兩部分組 成，所述的接收機由MCU信號控制中心、信號比較單元、脈沖整形電路、(AMP) 差分放大電路、正交混頻檢波電路、電源、信號接收天線(認T)、濾波器 (BP)和微波低噪聲放大器(LNA)組成，電源接至MCU信號控制中心，脈 沖整形電路與MCU信號控制中心相連，差分放大電路；所述的標簽由MCU信 號控制中心、電池、調(diào)制單元電路、(FO)振蕩電路、信號接收天線(ANT)、(ASK)信號直接檢波電路、(V0)低電平電路組成，電池與MCU信號控制 中心相連。所述的(雄P)差分放大電路分為(AMP1)差分放大電路和(AMP2)差 分放大電路兩路，兩路為(Sl) 、 (S2)，兩路(Sl) 、 (S2)均與信號比 較單元相連接，其中(S1)上連接有正交混頻檢波、微波低噪聲放大器(LNA)、 濾波器(BP)及信號接收天線(ANT) ; (S2)連接有正交混頻檢波、微波 低噪聲放大器(LNA)、濾波器(BP)及信號接收天線(ANT)。所述的(AMP)差分放大電路分為(AMP1)差分放大電路和(AMP2)差 分放大電路為完全對稱設(shè)置。所述的正交混頻檢波電路為90度正交混頻檢波電路。所述的(F0)振蕩電路輸出的輸出頻率為920-925MHZ。所述的電池為鈕扣電池。它還包括有三級差分恒流放大器。所述的三級差分恒流放大器由NPN3904組成，所述的NPN3904為雙極型 晶體管。采用上述方案后，本發(fā)明帶來了如下的顯著效果 接收機部分a、 采用兩路完全對稱的微帶圓極化天線以及兩路完全對稱的接受電路。 其目的是為了獲得兩個完全對稱的天線方向圖，使得兩路接受到的模擬數(shù)據(jù) 脈沖信號具有幅度可比性。b、 采用天線后端濾波放大、有源正交、ASK信號直接檢波電路模式，這個方案的好處是接收電路不需要本地振蕩源，對接收的載波信號的穩(wěn)定度 幾乎沒有要求，也不需要各種復雜的變頻解調(diào)電路，大大降低了制作成本。c、 采用PNP3904組成的恒流源差分放大電路，由檢波輸出的I、 Q兩路 信號直接輸入差分放大器的兩個輸入端口，這樣即節(jié)約了成本，又提高了接 收靈敏度。標簽部分a、 直接采用普通的微波振蕩器或VCO作為載波信號的來源，而不需要 成本較高的鎖相環(huán)電路或?qū)募赡K。b、 采用低功耗下可以自動喚醒的單片即MSP2011。c、 釆用高達300KHZ速率的信號調(diào)制發(fā)射模式。這個方案的優(yōu)點是，發(fā) 射時間短， 一次僅需時0.8毫秒，這樣的發(fā)-射時間，使得電路的平均功耗很 小，而且很容易實現(xiàn)多張標簽數(shù)據(jù)的防沖突讀取。d、 數(shù)據(jù)后面延時幾十微秒，然后關(guān)斷VCO的電源，這樣做的目的是控 制電路通過判別延時部分的信號大小或相對值，就可以判定標簽所在的位 置。這樣的方案沒有增加硬件成本，也沒有增加軟件的工作量。另一個方案 是檢測標簽數(shù)據(jù)的同步碼，也可以達到同樣的效果。下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明工作時接收機的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3是本發(fā)明工作時標簽的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖4是本發(fā)明工作時接收機差分恒流源放大器的電路圖。 圖號說明1、接收機2、標簽 11、 MCU1信號控制中心 12、信號比較單元 13、脈沖整形電路 14、 AMP差分放大電路 15、 90度正交混 頻檢波電路 16、電源 ANT1、 ANT2、信號接收天線 BP1濾波器 LNA1微波低噪聲放大器 141、 142、 AMP1差分放大電路 21、 MCU2信 號控制中心 22、鈕扣電池 23、調(diào)制單元電路 F0振蕩電路、ANT3、 信號接收天線 24、 ASK信號直接檢波電路-25、V0低電平電路 17、三 級差分恒流放大器 --具體實施方式
如圖卜3所示， 一種UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，包括由接收機 1和標簽2兩部分組成，所述的接收機1由MCU1信號控制中心11、信號比 較單元12、脈沖整形電路13、 AMP差分放大電路14、 90度正交混頻檢波電 路15 、電源16、信號接收天線ANT1、 ANT2、濾波器BP1和微波低噪聲放 大器LNA1組成，所述的信號接收天線ANT1、 ANT2為完全對稱，所述的AMP 差分放大電路14分為AMP1差分放大電路141和AMP2差分放大電路142兩 路Sl、 S2，兩路AMP1差分放大電路141和AMP2差分放大電路142為完全 對稱，兩路S1、 S2均與信號比較單元12相連接，其中S1上連接有90度正 交混頻檢波152、微波低噪聲放大器LNA1、濾波器BP1及信號接收天線ANT1; 而S2連接有90度正交混頻檢波151、微波低噪聲放大器LNA2、濾波器BP2 及信號接收天線ANT2，電源16接至MCU1.信號控制中心11，脈沖整形電路 13與MCU1信號控制中心11相連。如圖1所示，所述的標簽2由MCU2信號控制中心21、鈕扣電池22、調(diào) 制單元電路23、 FO振蕩電路、信號接收天線認T3、 ASK信號直接檢波電路 24、 VO低電平電路25組成，鈕扣電池22與MCU2信號控制中心21相連， 其中FO振蕩電路輸出的輸出頻率為920-925MHZ內(nèi)任一頻率(此頻率范圍是 國家無委規(guī)定RFID的標準)，ASK信號直接檢波電路24、 VO為低電平25 也分別接到MCU2信號控制中心21，而后ASK信號直接檢波電路24再與調(diào) 制單元電路23相連，V0低電平電路25則與F0振蕩電路相連接，VO低電平 電路25在與FO振蕩電路相連接之后再與調(diào)制單元電路23、信號接收天線 ANT3相連接。本發(fā)明的工作原理是 -.正常狀態(tài)下，標簽2 (見圖1) MCU2每化5 (由生產(chǎn)廠家任意設(shè)定)秒左 右從休眠狀態(tài)自動喚醒開始工作，工作時先輸出+VO， FO振蕩電路開始起振， 輸出頻率為920-925MHZ內(nèi)任一頻率(此頻率范圍是國家無委規(guī)定RFID的標 準)，延時約幾十微秒，F(xiàn)O振蕩電路輸出功率一般穩(wěn)定在0.5毫瓦左右，這時MCU2信號控制中心21幵始輸出內(nèi)存數(shù)據(jù)脈沖至調(diào)制單元電路23，待 數(shù)據(jù)脈沖輸出完畢后，MCU2信號控制中心21延時約幾十微秒，延時部分將 作為模擬脈沖信號的電平大小判別，然后立即置+V0低電平并電路25進入 休眠狀態(tài)，至此，標簽2完成一次完整的工作周期。標簽2的工作電源由一 顆500mAH的紐扣電池供電。接收機1 (見圖1)平時處于接收標簽2信號狀態(tài)，在緒T1接收到信號 時，信號經(jīng)過濾波器BP1到微波低噪聲放大器LNA1進行放大，放大的信號 直接進行90度正交混頻檢波，然后輸出兩路Il、 Ql正交數(shù)據(jù)脈沖，再經(jīng)過 差分放大認P1及脈沖整形電路13，最后進入MCU1信號控制中心11譯碼并 通過接口上傳數(shù)據(jù)，完成一個完整的信號接收周期。而實際上ANT1和緒T2通道是同時接收標簽2的信號，最后通過比較兩 路Sl和S2的大小，確定標簽2的相對位置，如果設(shè)定標簽2在天線ANT1 的背面，在靠近天線的位置上的S1和S2的比值是預知的，這樣就可以做到 判定數(shù)據(jù)是否上傳，從而實現(xiàn)了天線的"方詢性"。本發(fā)明接收機1的的具體電路實施方式,如圖2所示，信號接收天線ANT1、 ANT2、 ANT3、為圓極化接收天線(ANT1，增益7dBi)，在接收到的920-925MHZ 范圍內(nèi)的標簽微波信號采用微波聲表帶通濾波器先進行濾波，然后經(jīng)兩級低 噪聲(MINI公司的MAR-8低噪聲放大管)放大大約1000倍的微波信號，再 直接進行兩路90度正交有源檢波，檢波管采用惠普公司歷S2812，檢波輸 出的I、 Q兩路低頻脈沖信號送入三級差分恒流放大器17(ampl\amp2\a,3) 放大，配合圖4所示，三級差分恒流放大器17主要由NPN3904組成，NPN3904 屬雙極型晶體管，再經(jīng)過史密特觸發(fā)器整形后變成TTL電平送入MCU1信號 控制中心11進行信號處理，最后經(jīng)不同的數(shù)據(jù)口上傳標簽的數(shù)據(jù)。另一路 信號通過認T2，過程同ANT1路完全相同。在低頻放大部分，兩路的第一和 第二級輸出信號分別進入運算放大器(amp6^mp7)進行放大、比較，最后決 定當次讀取的標簽數(shù)據(jù)是否上傳。
—.信號調(diào)制部分及標簽2，具體電路實施方式，如圖3所示，采用900MHZ 的微波PIN (MHS3890)管，連接在天線與VCO的微波信號輸出端，通過調(diào) 節(jié)PIN管的電阻大小，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的ASK調(diào)制。采用低功耗(luA)的單片機 (MSP2011)，實現(xiàn)極低功耗下的自動喚醒。電路及天線部分采用環(huán)氧介質(zhì)電 路板進行一體化設(shè)計，加上紐扣電池，全部封裝在標準尺寸的塑料外殼里， 整個電路部分采用一顆500MAH的紐扣電池供電。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。 因此，所有等同的技術(shù)方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，包括由接收機和標簽兩部分組成，其特征在于所述的接收機由MCU信號控制中心、信號比較單元、脈沖整形電路、(AMP)差分放大電路、正交混頻檢波電路、電源、信號接收天線(ANT)、濾波器(BP)和微波低噪聲放大器(LNA)組成，電源接至MCU信號控制中心，脈沖整形電路與MCU信號控制中心相連，差分放大電路；所述的標簽由MCU信號控制中心、電池、調(diào)制單元電路、(FO)振蕩電路、信號接收天線(ANT)、(ASK)信號直接檢波電路、(V0)低電平電路組成，電池與MCU信號控制中心相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的(AMP)差分放大電路分為(AMP1)差分放大電路和(AMP2)差分放 大電路兩路，兩路為(Sl) 、 (S2)，兩路(Sl) 、 (S2)均與信號比較單 元相連接，其中(Sl)上連接有正交混頻檢波、微波低噪聲放大器(LNA)、 濾波器(BP)及信號接收天線(ANT) ; (S2)連接有正交混頻檢波、微波 低噪聲放大器(LNA)、濾波器(BP)及信號接收天線(ANT)。
3、 如權(quán)利要求2所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的(AMP)差分放大電路分為(AMP1)差分放大電路和(細P2)差分放 大電路為完全對稱設(shè)置。
4、 如權(quán)利要求1所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的正交混頻檢波電路為卯度正交混頻檢波電路。
5、 如權(quán)利要求1所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的(FO)振蕩電路輸出的輸出頻率為920-925MHZ。
6、 如權(quán)利要求1所述的UHF主動式有i電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的電池為鈕扣電池。
7、 如權(quán)利要求1所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 它還包括有三級差分恒流放大器。
8、 如權(quán)利要求7所述的UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，其特征在于 所述的三級差分恒流放大器由NPN3904組成，所述的NPN3904為雙極型晶體 管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種UHF主動式有源電子標簽通訊系統(tǒng)，包括由接收機和標簽兩部分組成，所述的接收機由MCU信號控制中心、信號比較單元、脈沖整形電路、(AMP)差分放大電路、正交混頻檢波電路、電源、信號接收天線(ANT)、濾波器(BP)和微波低噪聲放大器(LNA)組成，電源接至MCU信號控制中心，脈沖整形電路與MCU信號控制中心相連，差分放大電路；所述的標簽由MCU信號控制中心、電池、調(diào)制單元電路、(FO)振蕩電路、信號接收天線(ANT)、(ASK)信號直接檢波電路、(VO)低電平電路組成，電池與MCU信號控制中心相連。所述的(AMP)差分放大電路分為(AMP1)差分放大電路和(AMP2)差分放大電路兩路，兩路為(S1)、(S2)，兩路(S1)、(S2)均與信號比較單元相連接，其中(S1)上連接有正交混頻檢波、微波低噪聲放大器(LNA)、濾波器(BP)及信號接收天線(ANT)；(S2)連接有正交混頻檢波、微波低噪聲放大器(LNA)、濾波器(BP)及信號接收天線(ANT)。本發(fā)明降低了成本、使得接收電路接受到的模擬數(shù)據(jù)脈沖信號具有幅度可比性、接收靈敏度高。
文檔編號G06K19/07GK101404067SQ20081014190
公開日2009年4月8日 申請日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者周必友 申請人:周必友