專利名稱：超高頻射頻識別讀寫器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超高頻射頻識別讀寫器模塊。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID，RadioFrequency Identification)是一種通信技術(shù)，可通過無 線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué) 接觸，其基本的工作原理是利用讀寫器發(fā)射特定頻率的無線電波能量，實現(xiàn)對進入讀寫范 圍的標(biāo)簽的自動識別。通過把標(biāo)簽貼在物品上，可以實現(xiàn)對物品的全程跟蹤和管理。射頻 識別系統(tǒng)一般由讀寫器模塊、天線和標(biāo)簽三部分構(gòu)成。讀寫器模塊產(chǎn)生射頻能量，通過天線 向電子標(biāo)簽發(fā)射射頻能量，電子標(biāo)簽(無源)接收到射頻能量之后被激活，電子標(biāo)簽取得射 頻能量和指令之后反射信號，讀寫器模塊通過天線接收電子標(biāo)簽反射回來的信號，對標(biāo)簽 反射回來的信號進行濾波、放大、混頻、解調(diào)、解碼和譯碼處理，使射頻信號轉(zhuǎn)換成外部終端 能夠處理的數(shù)字信號，實現(xiàn)對標(biāo)簽內(nèi)存儲的固定數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)進行讀的操作，另外， 還可以對標(biāo)簽進行寫、鎖和殺死操作。目前，讀寫器模塊普遍存在的問題是功耗大、讀寫距 離近和讀寫靈敏度差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有的讀寫器模塊存在的問題，提出了一種超 高頻射頻識別讀寫器模塊。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超高頻射頻識別讀寫器模塊，包 括電源單元、控制單元和射頻單元，電源單元為控制單元和射頻單元提供工作電壓，控制單 元控制射頻單元的工作，并對射頻單元返回的數(shù)據(jù)進行處理，射頻單元完成數(shù)據(jù)的編碼、解 碼、調(diào)制和解調(diào)，并對產(chǎn)生的射頻信號進行放大，射頻單元包括發(fā)射電路、接收電路和檢測 電路，其特征在于，電源單元由第一級的開關(guān)電源芯片和由控制單元控制的第二級的線性 電源芯片組成，所述開關(guān)電源芯片為LT1946A和TPS63000。所述發(fā)射電路由射頻收發(fā)芯片、平衡轉(zhuǎn)不平衡電路、功率放大器電路、耦合器和濾 波器組成，射頻收發(fā)芯片產(chǎn)生的射頻信號經(jīng)過外部匹配電路匹配到50歐姆，再經(jīng)平衡轉(zhuǎn)不 平衡電路轉(zhuǎn)換為單端信號，經(jīng)功率放大器電路、耦合器和濾波器發(fā)射出去。所述接收電路由濾波器、耦合器、不平衡轉(zhuǎn)平衡電路、匹配電路和射頻收發(fā)芯片組 成，接收到的信號經(jīng)濾波器濾波，從耦合器的耦合端輸出，經(jīng)過不平衡轉(zhuǎn)平衡電路轉(zhuǎn)換為平 衡信號后，再經(jīng)過匹配電路輸入到射頻收發(fā)芯片。所述檢測電路包括溫度檢測電路和功率檢測電路，溫度檢測電路檢測讀寫器模塊 的工作溫度，并把檢測到的溫度傳送到控制單元，功率檢測電路檢測讀寫器模塊的發(fā)射功 率和反射功率，并把檢測到的功率值傳送到控制單元。上述射頻收發(fā)芯片為hdyRlOOO。本實用新型的有益效果本實用新型的讀寫器模塊中的電源單元一方面通過開關(guān)電源芯片LT1946A和TPS63000的高效率提高了電源利用率，再通過由控制單元控制的第二 級的線性電源芯片，可以使得線性電源芯片間歇性工作，進而可以降低整個讀寫器模塊的 功耗。通過發(fā)射電路中的功率放大器電路，實現(xiàn)高功率和高線性度，進而可以提高讀寫距 離，采用專用的射頻收發(fā)芯片^idyRlOOO提高靈敏度。

圖1是本實用新型超高頻射頻識別讀寫器模塊的原理框圖。圖2是本實用新型實施例的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路原理圖。圖3是本實用新型實施例的給功率放大器供電的電源電路原理圖。圖4是本實用新型實施例的給射頻收發(fā)芯片和控制單元供電的電源電路原理圖。圖5是本實用新型實施例的射頻收發(fā)芯片電路原理圖。圖6是本實用新型實施例的射頻功率放大電路原理圖。圖7是本實用新型實施例的檢測電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。本實用新型的超高頻射頻識別讀寫器模塊的原理框圖如圖1所示，包括電源單 元、控制單元和射頻單元，電源單元為控制單元和射頻單元提供工作電壓，控制單元控制射 頻單元的工作，并對射頻單元返回的數(shù)據(jù)進行處理，射頻單元完成數(shù)據(jù)的編碼、解碼、調(diào)制 和解調(diào)，并對產(chǎn)生的射頻信號進行放大，射頻單元包括發(fā)射電路、接收電路和檢測電路，電 源單元由第一級的開關(guān)電源芯片和由控制單元控制的第二級的線性電源芯片組成。這里的發(fā)射電路由射頻收發(fā)芯片、平衡轉(zhuǎn)不平衡電路、功率放大器電路、耦合器和 濾波器組成，射頻收發(fā)芯片產(chǎn)生的射頻信號經(jīng)過外部匹配電路匹配到50歐姆，再經(jīng)平衡轉(zhuǎn) 不平衡電路轉(zhuǎn)換為單端信號，經(jīng)功率放大器電路、耦合器和濾波器發(fā)射出去。這里的接收電路由濾波器、耦合器、不平衡轉(zhuǎn)平衡電路、匹配電路和射頻收發(fā)芯片 組成。接收到的信號經(jīng)濾波器濾波，從耦合器的耦合端輸出，經(jīng)過不平衡轉(zhuǎn)平衡電路轉(zhuǎn)換為 平衡信號后，再經(jīng)過匹配電路輸入到射頻收發(fā)芯片。 這里的檢測電路包括溫度檢測電路和功率檢測電路，溫度檢測電路檢測讀寫器模 塊的工作溫度，并把檢測到的溫度傳送到控制單元，功率檢測電路檢測讀寫器模塊的發(fā)射 功率和反射功率，并把檢測到的功率值傳送到控制單元。這里的控制單元屬于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的常識，在此不再進行詳細描述。 為了敘述方便，在下面的敘述中部分以ARM7來表示控制單元。下面對上述電路單元具體展開說明如下電源單元的功能是為超高頻RFID讀寫器模塊的各個單元提供電源。如圖2-4所 示，電源單元為射頻單元、控制單元。其中為射頻收發(fā)芯片hdyRlOOO提供1. 8V、3. 3V和 5. 5V電源，為射頻單元中的功率放大器電路提供3. 3V和2. 6V電源、為檢測電路中的功率檢 測芯片提供3. 3V電源、為控制單元提供3. 3V電源。如圖2所示，外部輸入的電壓(3-5V)分成3路，作為第一級的開關(guān)電源的輸入，其 中一路經(jīng)濾波電容C314濾波后輸入到第一級的開關(guān)電源芯片U31，即LT1946A的6腳。U31的3腳連到6腳用于芯片的使能，8腳通過電容C312連接到地，1腳經(jīng)過電阻R311和電容 C311連接到地給芯片提供工作頻率，UlO的5腳連到二極管D31的正極，D31的負極經(jīng)電容 C313濾波后輸出5. 8V電壓，芯片的6腳通過L311連接到腳6，芯片的2腳輸出1. 238V電 壓經(jīng)R312連接到D520的負極，經(jīng)R313連接到地；電源輸入的另外一路經(jīng)C321濾波后輸 入到第一級的開關(guān)電源芯片U32，即TPS63000的5腳，芯片的6、7和8腳通過R321連接到 5腳，經(jīng)C322連接到地，芯片的4腳經(jīng)L321連接到2腳，芯片的10腳輸出1.MV電壓，經(jīng) R323到地，經(jīng)R322連接到1腳，電阻R322的2端并聯(lián)電容C323，芯片的1腳經(jīng)電容C324 濾波后輸出3. 8V電壓；電源輸入的再一路經(jīng)電容C331濾波后輸入到第一級的開關(guān)電源芯 片U33，即TPS63000的5腳，芯片的6、7和8腳通過R331連接到5腳，經(jīng)電容C332連接到 地，芯片的4腳經(jīng)L331連接到2腳，芯片的10腳輸出1. 24V電壓，經(jīng)R333到地，經(jīng)R332連 接到1腳，電阻R332的兩端并聯(lián)電容C333，芯片的1腳經(jīng)電容C334濾波后輸出3. 8V電壓。如圖3所示，第一級開關(guān)電源輸出的5. 8V電壓經(jīng)U39，即MIC3775BMM和其外圍電 路C391、C392、R391和R392變換為5. 15V作為U30，即MIC49150的偏置電壓。第一級開 關(guān)電源輸出的3. 8V電壓經(jīng)U30和其外圍電路電容C301、C302、C303、電阻R301和R302降 壓為3. 3V，給外部放大器電路供電。U36輸出的3. 3V電壓經(jīng)U38和其外圍電路電阻R381、 R382、R383、電容C381和C382并由U11，即SN74AHCT1G04控制U38的使能端，輸出2. 6V的 電壓作為外部放大器的控制電壓。如圖4所示，第一級開關(guān)電源U32輸出的3. 8V電壓分成3路，一路經(jīng)U34，即 MIC3775BMM和其外圍電路電阻R341、R342、電容C341和C342，降壓為3. 3V電壓，給模塊的 數(shù)字部分供電；另一路經(jīng)U35，即MIC3775BMM和其外圍電路電阻R343、R351、R352、R353、電 容C351和C352，降壓為1. 8V電壓，給射頻收發(fā)芯片MdyRlOOO提供1. 8V電壓；再一路經(jīng) U36，即MIC3775BMM和其外圍電路電阻R343、R361、R362、R363、電容C361和C362，降壓為 3. 3V電壓，給射頻收發(fā)芯片hdyRlOOO提供3. 3V電壓。第一級開關(guān)電源U31輸出的5. 8V 電壓經(jīng)U37即MIC3775BMM和其外圍電路電阻R37、R37、電容C37和C37，降壓為5V電壓，給 射頻收發(fā)芯片MdyRlOOO提供5V電源。這里電源單元一方面通過開關(guān)電源芯片的高效率提高了電源利用率，再通過由控 制單元控制的第二級的線性電源芯片，可以使得線性電源芯片間歇性工作，進而可以降低 整個讀寫器模塊的功耗。射頻單元的功能是由射頻收發(fā)芯片產(chǎn)生射頻載波，經(jīng)功率放大器電路放大，通 過天線發(fā)射射頻載波，通過載波的射頻能量激活電子標(biāo)簽，并將調(diào)制于載波的數(shù)據(jù)信息傳 遞給電子標(biāo)簽，同時接收標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)信息，通過天線傳輸至接收電路。對于符合ISO 18000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽，射頻收發(fā)芯片不僅完成對數(shù)據(jù)的調(diào)制/解調(diào)、整形，還會啟動其 芯片內(nèi)部的底層協(xié)議處理器，完成對標(biāo)簽數(shù)據(jù)的編解，包括讀標(biāo)簽、寫標(biāo)簽、鎖標(biāo)簽和殺死 標(biāo)簽。射頻單元分為發(fā)射電路、接收電路和檢測電路。發(fā)射電路具體如下如圖5和6所示，U2芯片，即IndyRlOOO的第17、18腳輸出的 射頻信號經(jīng)電容C215、C216、電感L203和L204到平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器U25，即HHM1522B1 的3、4腳，同時1. 8V的電壓經(jīng)電容C218、C219、L205和電感L205連接到U2的17、18腳， C164接在U25的3腳和4腳之間，經(jīng)過平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號從1腳輸出，如圖6所示，進入到功率放大器U4，即MAAPSS0095的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)C401，然后連到U4的2腳，U4 的4腳經(jīng)過電容C403、電感L401和電容C402連接到3. 3V，5腳經(jīng)過電容C404連接到3. 3V, 7腳經(jīng)過電容C406、電感L402和電容C407連接到3. 3V，16腳經(jīng)過電容C412連接到2. 6V, 12腳經(jīng)高頻扼流圈L403和C411濾波之后接3. 3V電壓，給功率放大器的漏極提供電壓，9、 10、11和12腳作為放大輸出經(jīng)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)C408、L404和C410后接到雙定向耦合器U51， 即XC0900P-10S的1腳。一路信號從TOl的直通端2腳輸出信號到達低通濾波器TO2，即 LFCN-1000的1腳，經(jīng)U52濾波從3腳輸出經(jīng)天線發(fā)射出去。接收電路具體為天線接收的信號經(jīng)低通濾波器TO2的2腳濾波之后到達雙定向 耦合器U5，即)(C0900-10S的2腳，從雙定向耦合器U5的耦合端3腳衰減IOdB輸出，其中一 路信號經(jīng)電阻R511后輸入到達平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器U22，轉(zhuǎn)換成平衡信號經(jīng)電容C204到達 電感L201的接收腳2、3腳。U5，即)(C0900-10S的4腳輸出的一路信號經(jīng)衰減網(wǎng)絡(luò)R512、 R513到達平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器U23，即HHMl522的1腳，3、4腳輸出平衡信號，經(jīng)電感L202、 電容C201和C202，輸入到U2的6、7腳，用于接收解調(diào)的本征信號。檢測電路具體如下如圖5所示，射頻收發(fā)芯片U2，即MdyRlOOO的10和11腳分 別通過電阻R201和R202接地；22腳通過電阻R215接到3. 3V，通過電阻R216接地；20和21 腳分別接電阻R203和R204后接到3. 3V，作為差分峰值檢測；12腳接U24，即LM60CIM的2 腳，作為IndyRlOOO的溫度檢測輸入；39,40,41腳分別通過電阻R209、R210、R211接地。如 圖7所示，U51，即)(C0900-10S的3腳輸出的另一路信號到達功率檢測電路，經(jīng)過電阻R531 和R532分壓，經(jīng)電容C531隔直后輸入到芯片TO3，即LT5534的6腳作為反向功率檢測電 路；1、4腳經(jīng)電容C532、C533濾波接3. 3V電壓。U51的耦合端4腳將輸出的另一路信號，經(jīng) 電阻R541和R542分壓，電容C541隔直后輸入到功率檢測芯片U54,即LT5534的6腳，3腳 經(jīng)電阻R543輸入到控制芯片ARM7，作為前向功率檢測電路，1、4腳經(jīng)電容C542和C543濾 波接3. 3V電壓。如圖5所示，射頻收發(fā)芯片U2，即hdyRlOOO的27腳接反相器U12，即SN74AHC1G04 的4腳，U12的2腳接Ul的31腳，作為系統(tǒng)重置電路，U12的5腳經(jīng)電容C121接3. 3V電 壓；U2的30、33、36腳分別經(jīng)電阻R206、R207、R208接到控制芯片ARM7, U98的30-38用到 的腳都作為雙向數(shù)據(jù)傳輸腳與ARM7實現(xiàn)通信；U2的48、49、50、51、52、53、54、55通過電容 C280、(^81、C282、(^83、電阻I^80、R281、R282和R283和5V電壓構(gòu)成芯片外圍的低通濾波
ο這里，通過發(fā)射電路中的功率放大器電路，實現(xiàn)高功率和高線性度，進而可以提高 讀寫距離，采用專用的射頻收發(fā)芯片hdyRlOOO提高了靈敏度。本實用新型超高頻RFID讀寫器模塊的工作流程連接好電路，接通電源，打開超 高頻RFID讀寫器模塊，各部分電路開始正常工作，超高頻RFID讀寫器模塊根據(jù)外部終端發(fā) 送的指令進行相應(yīng)的操作。在外部終端的控制下，讀寫符合ISO 18000-6C的電子標(biāo)簽，控 制模塊啟動射頻單元的接收/發(fā)射電路和檢測電路，同時打開功率放大器U4的供電電路， 整個電路進入工作狀態(tài)，編解碼的數(shù)據(jù)在控制單元ARM7和射頻芯片hdyRlOOO之間交互處 理。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實 用新型的原理，應(yīng)被理解為實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本實用新型的權(quán)利要求的 保護范圍。
權(quán)利要求1.一種超高頻射頻識別讀寫器模塊，包括電源單元、控制單元和射頻單元，電源單元 為控制單元和射頻單元提供工作電壓，控制單元控制射頻單元的工作，并對射頻單元返回 的數(shù)據(jù)進行處理，射頻單元完成數(shù)據(jù)的編碼、解碼、調(diào)制和解調(diào)，并對產(chǎn)生的射頻信號進行 放大，射頻單元包括發(fā)射電路、接收電路和檢測電路，其特征在于，電源單元由第一級的 開關(guān)電源芯片和由控制單元控制的第二級的線性電源芯片組成，所述的開關(guān)電源芯片為 LT1946A 和 TPS63000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻射頻識別讀寫器模塊，其特征在于，所述的發(fā)射電路 由射頻收發(fā)芯片、平衡轉(zhuǎn)不平衡電路、功率放大器電路、耦合器和濾波器組成，射頻收發(fā)芯 片產(chǎn)生的射頻信號經(jīng)過外部匹配電路匹配到50歐姆，再經(jīng)平衡轉(zhuǎn)不平衡電路轉(zhuǎn)換為單端 信號，經(jīng)功率放大器電路、耦合器和濾波器發(fā)射出去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻射頻識別讀寫器模塊，其特征在于，所述的接收電路 由濾波器、耦合器、不平衡轉(zhuǎn)平衡電路、匹配電路和射頻收發(fā)芯片組成，接收到的信號經(jīng)濾 波器濾波，從耦合器的耦合端輸出，經(jīng)過不平衡轉(zhuǎn)平衡電路轉(zhuǎn)換為平衡信號后，再經(jīng)過匹配 電路輸入到射頻收發(fā)芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻射頻識別讀寫器模塊，其特征在于，所述的檢測電路 包括溫度檢測電路和功率檢測電路，溫度檢測電路檢測讀寫器模塊的工作溫度，并把檢測 到的溫度傳送到控制單元，功率檢測電路檢測讀寫器模塊的發(fā)射功率和反射功率，并把檢 測到的功率值傳送到控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超高頻射頻識別讀寫器模塊，其特征在于，所述的射頻收 發(fā)芯片為hdyRlOOO。
專利摘要本實用新型公開了一種超高頻射頻識別讀寫器模塊。具體包括電源單元、控制單元和射頻單元，電源單元為控制單元和射頻單元提供工作電壓，控制單元控制射頻單元的工作，并對射頻單元返回的數(shù)據(jù)進行處理，射頻單元包括發(fā)射電路、接收電路和檢測電路，電源單元由第一級的開關(guān)電源芯片和由控制單元控制的第二級的線性電源芯片組成。通過開關(guān)電源芯片LT1946A和TPS63000的高效率提高了電源利用率；通過由控制單元控制的第二級的線性電源芯片使得線性電源芯片間歇性工作，可以降低整個讀寫器模塊的功耗；通過發(fā)射電路中的功率放大器電路，實現(xiàn)高功率和高線性度，可以提高讀寫距離；采用專用的射頻收發(fā)芯片IndyR1000提高靈敏度。
文檔編號G06K17/00GK201903894SQ20102068561
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者唐偉偉, 文光俊, 李沈飛 申請人:電子科技大學(xué)