超高頻rfid讀寫模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高頻RFID讀寫模塊，包括電源管理電路、核心芯片、外圍電路、射頻前端電路和天線配置電路，所述電源管理電路將輸入電源穩(wěn)流控制并為其他電路提供對(duì)應(yīng)的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環(huán)電路，所述射頻前端電路用于將核心芯片發(fā)射出來的射頻信號(hào)經(jīng)過前期處理輸出到天線配置電路以及將天線配置電路返回的射頻信號(hào)經(jīng)過平衡不平衡轉(zhuǎn)換后發(fā)送至核心芯片，所述天線配置電路用于將射頻信號(hào)發(fā)送至天線和接收天線返回的射頻信號(hào)。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能模塊分別實(shí)現(xiàn)并連接，有效的將電路高度集成，極大地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，最大限度的減小了讀寫核心模塊的體積，且應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說明】超高頻RFID讀寫模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超高頻RFID讀寫模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著普通百姓對(duì)RFID技術(shù)的了解越來越多，科技不斷進(jìn)步需求不斷增長(zhǎng)，各行各業(yè)對(duì)于大數(shù)據(jù)量和識(shí)別速度的需求也會(huì)不斷增大。相對(duì)應(yīng)的，隨著技術(shù)革新和新材料的發(fā)明發(fā)現(xiàn)，RFID技術(shù)也將迎來前面發(fā)展，成本降低、數(shù)據(jù)量更大、靈敏度更高、識(shí)別速度更快，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的功能多樣化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、兼容性更好，能夠方便的嵌入到其他系統(tǒng)中，在各行各業(yè)中能夠更加方便快捷的使用。與此同時(shí)，市場(chǎng)應(yīng)用的發(fā)展也迫使硬件電路設(shè)計(jì)向小型化、低功耗、模塊化的方向發(fā)展，單讀寫器多協(xié)議兼容和多讀寫器組網(wǎng)技術(shù)也將是RFID技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的方向。
[0003]未來幾年中，RFID產(chǎn)業(yè)中高頻市場(chǎng)的應(yīng)用仍將占有大部分市場(chǎng)，但是超高頻RFID技術(shù)的先天應(yīng)用優(yōu)勢(shì)會(huì)促使其不斷發(fā)展進(jìn)步。國(guó)際公認(rèn)的RFID頻段劃分中，各個(gè)頻段的RFID技術(shù)特點(diǎn)各異均有其實(shí)用的應(yīng)用場(chǎng)景。在我國(guó)，低頻和高頻的RFID應(yīng)用模式已經(jīng)相對(duì)成熟，也應(yīng)經(jīng)應(yīng)用在很多場(chǎng)合，超高頻RFID技術(shù)應(yīng)用也在平穩(wěn)快速發(fā)展，其優(yōu)勢(shì)非常明顯，使用場(chǎng)景非常多。但是與高頻相比，超高頻RFID技術(shù)起步較晚，發(fā)展較為緩慢，除了鐵路方面的幾個(gè)大項(xiàng)目的推動(dòng)外，其他領(lǐng)域的應(yīng)用還不夠廣泛。但是超高頻RFID技術(shù)在識(shí)別距離、數(shù)據(jù)交換速度、抗干擾能力、穿透性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然我國(guó)超高頻RFID相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)力較弱，技術(shù)能力有限有關(guān)，但是市場(chǎng)潛力巨大。相信隨著市場(chǎng)的變化，需求的增加，全世界的將涌現(xiàn)一批從事超高頻RFID技術(shù)研究的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，目前仍不夠成熟的超高頻RFID技術(shù)將會(huì)得到更大的重視和發(fā)展。
[0004]近年來，RFID市場(chǎng)發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍不斷拓展，市場(chǎng)需求越來越大，越來越多的公司投入其中。外國(guó)公司，如摩托羅拉等，已經(jīng)推出了很成熟的RFID產(chǎn)品。雖然市面上的RFID讀寫器生產(chǎn)商已經(jīng)初具規(guī)模，但是仍然存在體積較大、功耗較大、價(jià)格較高等問題。隨著政府部門對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的重視，國(guó)內(nèi)對(duì)于RFID產(chǎn)品的需求正在不斷增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決【背景技術(shù)】中所涉及的技術(shù)問題，提供了一種超高頻RFID讀寫模塊。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超高頻RFID讀寫模塊，包括電源管理電路、核心芯片、外圍電路、射頻前端電路和天線配置電路，所述電源管理電路將輸入電源穩(wěn)流控制并為其他電路提供對(duì)應(yīng)的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環(huán)電路，所述射頻前端電路用于將核心芯片發(fā)射出來的射頻信號(hào)經(jīng)過前期處理輸出到天線配置電路以及將天線配置電路返回的射頻信號(hào)經(jīng)過平衡不平衡轉(zhuǎn)換后發(fā)送至核心芯片，所述天線配置電路用于將射頻信號(hào)發(fā)送至天線和接收天線返回的射頻信號(hào)。
[0007]綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn): 本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能模塊分別實(shí)現(xiàn)并連接，有效的將電路高度集成，并選取集成有微控制器、基帶處理電路、射頻收發(fā)電路的核心芯片，極大地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，最大限度的減小了讀寫核心模塊的體積。具有小型化、低功耗、有效識(shí)別距離較大、可嵌入其他設(shè)備的特點(diǎn)，且應(yīng)用范圍廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2是圖1中電源管理電路的具體電路圖；
圖3是圖1中核心芯片及外圍電路的具體電路圖；
圖4是圖3中外圍電路中晶體振蕩電路的具體電路圖；
圖5是圖1中射頻如端電路的具體電路圖；
圖6是圖1中天線配置電路的具體電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0010]如圖1所不，一種超聞?lì)lRFID讀與I旲塊,包括電源管理電路、核心芯片、外圍電路、射頻前端電路和天線配置電路，所述電源管理電路將輸入電源穩(wěn)流控制并為其他電路提供對(duì)應(yīng)的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環(huán)電路，所述射頻如端電路用于將核心芯片發(fā)射出來的射頻信號(hào)經(jīng)過前期處理輸出到天線配置電路以及將天線配置電路返回的射頻信號(hào)經(jīng)過平衡不平衡轉(zhuǎn)換后發(fā)送至核心芯片，所述天線配置電路用于將射頻信號(hào)發(fā)送至天線和接收天線返回的射頻信號(hào)。
[0011]在核心芯片的控制下，本讀寫核心模塊能夠根據(jù)使用情況控制功耗，提供三種狀態(tài):工作狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)，在工作狀態(tài)下，各個(gè)子電路均正常運(yùn)轉(zhuǎn)，射頻前端電路發(fā)送載波，載波信號(hào)在經(jīng)過處理后發(fā)送至天線配置電路通過天線發(fā)射，在有效識(shí)別范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽識(shí)別到后做出對(duì)應(yīng)操作并發(fā)射返回信號(hào)，返回信號(hào)如果超過讀寫核心模塊的閾值，天線配置電路將通過天線接受到該信號(hào)并發(fā)送至射頻前端電路，經(jīng)過濾波、解調(diào)后的信號(hào)再通過基帶處理后轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，發(fā)送至核心芯片進(jìn)行處理。在這個(gè)過程中，射頻前端電路還能夠監(jiān)視射頻信號(hào)的功率，返回信號(hào)功率過大會(huì)對(duì)核心芯片造成嚴(yán)重?fù)p害，射頻前端電路將起到功率監(jiān)測(cè)及保護(hù)的功能。電源管理電路在此過程中將為各個(gè)子電路提供所需的既定LDO電壓信號(hào)，電源的穩(wěn)壓和濾波將直接影響到讀寫核心模塊的工作效率，而且射頻前端電路中的數(shù)字信號(hào)部分和模擬信號(hào)部分應(yīng)當(dāng)分開供電以便保證兩種信號(hào)之間的隔罔度。
[0012]下面將對(duì)各個(gè)子電路的詳細(xì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。
[0013]圖2是電源管理電路圖，該電路將為各個(gè)子電路提供工作電壓，由于射頻單元中的數(shù)字部分和模擬部分需要單獨(dú)供電，所以經(jīng)過穩(wěn)壓后將產(chǎn)生兩個(gè)3.3V的輸出支路，具體的電路設(shè)計(jì)如圖2所示。本讀寫核心模塊采用5V供電，VDD_IN輸入后，經(jīng)過濾波電容濾除可能存在的高頻噪聲后輸入到電源管理電路的三個(gè)核心芯片Ull，U21和U31，在輸入引腳之前，為了能夠最大可能的保證電源的純凈，添加了接地濾波電容來進(jìn)一步濾除高頻噪聲。與此同時(shí)，為了方便調(diào)試測(cè)試，在此處添加0Ω電阻作為測(cè)試節(jié)點(diǎn)。此處以U31為例，將濾波后的5V電源連接至電源芯片的輸入端2腳和使能端I腳，3腳接地，在接地過程中應(yīng)當(dāng)添加一個(gè)電容來降低高頻噪聲。為了能夠直觀的觀察電源管理電路的工作情況，在電源管理芯片的輸出點(diǎn)添加電壓指示燈，當(dāng)正常輸出電源時(shí)，指示燈亮。如圖2所示，輸出端VDD_33為射頻芯片中的模擬部分、震蕩電路提供3.3V電壓，VDD_33_1為核心芯片中的數(shù)字部分提供電壓。U31的輸出引腳4腳將輸出3.6V電壓，經(jīng)過穩(wěn)壓后，鏈接至電壓指示燈，穩(wěn)壓電源將為晶體震蕩電路和射頻如端電路提供3.3V電壓。
[0014]核心芯片的選取直接決定了整個(gè)讀寫核心模塊的體積、性能及各項(xiàng)參數(shù)，通過對(duì)比市面上的主流射頻芯片，本實(shí)施例選取了 PR9000作為核心芯片，其具有集成度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且內(nèi)部集成可微控制器、基帶處理路、存儲(chǔ)器等，工作在840MHz-960MHz頻段。圖3為核心芯片及外圍電路圖，包括了核心芯片以及保證芯片正常工作的保證電路和對(duì)外接口電路。Ul的I腳未接電阻為核心芯片提供參考電流，2腳和12腳鏈接3.3V電壓輸入，為芯片的模擬部分提供電源，核心芯片利用13腳和14腳輸出射頻信號(hào)，最大輸出功率可以達(dá)到8.5dBm, 6腳和7腳是射頻接收端，接收靈敏度為_86dBm，接收到的差分射頻信號(hào)只要高于該值，核心芯片就能夠設(shè)別射頻信號(hào)，17腳鏈接鎖相環(huán)電路，22腳和43腳鏈接3.3V電源，為核心芯片的數(shù)字部分提供電源，24腳是芯片復(fù)位引腳，46腳為芯片使能端，連接高電平有效，48腳為震蕩輸入端，鏈接晶體震蕩電路輸出的震蕩信號(hào)。
[0015]晶體震蕩電路如圖4所不,本發(fā)明選用振蕩電路的核心芯片為晶體振蕩器KT3225(U3),VDD_ 33輸入3.3V電壓，經(jīng)過濾波電容后鏈接U3的4腳，經(jīng)過分壓電阻后鏈接I腳，2腳接地，3腳輸出保證核心芯片運(yùn)行的19.2MHz震蕩信號(hào)，經(jīng)過格力電容后連接核心芯片的震蕩信號(hào)輸入腳48腳。
[0016]圖5和圖6為射頻前端電路和天線配置電路，射頻前端電路的主要功能是將核心芯片輸出的差分信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換為單端射頻信號(hào)輸入到天線管理電路和將天線管理電路返回的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入到核心芯片，其中差分信號(hào)與單端信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換即平衡-不平衡轉(zhuǎn)換電路是該電路的核心。如圖6所示，其主要功能是將核心芯片輸出的差分射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出，選取的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器為0900BL18B200 (U2)，核心芯片輸出的查分射頻信號(hào)經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)電路平衡信號(hào)強(qiáng)度后輸入到U2的4腳和6腳，最大信號(hào)強(qiáng)度為8.5dBm,電源管理電路的輸出VDD33_3提供3.3V的供電電壓，利用濾波電容濾除高頻噪聲后接入。I腳和3腳接地，2腳是將兩條差分信號(hào)合成的單端信號(hào)輸出端，信號(hào)經(jīng)過低通濾波網(wǎng)絡(luò)后鏈接至定向耦合器U5的I腳，定向耦合器的2腳輸出信號(hào)經(jīng)過低通濾波其后鏈接射頻天線，將射頻信號(hào)發(fā)送出去。反射信號(hào)經(jīng)過3腳輸出，低通濾波后鏈接至核心芯片的6腳，將天線接收到的射頻信號(hào)輸入到核心芯片，基帶處理電路處理后由微處理器對(duì)其中的信息進(jìn)行處理。
[0017]以上說明僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能完整的實(shí)施本方案，但并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，這些都是不具有創(chuàng)造性的修改。但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高頻RFID讀寫模塊，其特征在于:包括電源管理電路、核心芯片、外圍電路、射頻前端電路和天線配置電路，所述電源管理電路將輸入電源穩(wěn)流控制并為其他電路提供對(duì)應(yīng)的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環(huán)電路，所述射頻如端電路用于將核心芯片發(fā)射出來的射頻信號(hào)經(jīng)過前期處理輸出到天線配置電路以及將天線配置電路返回的射頻信號(hào)經(jīng)過平衡不平衡轉(zhuǎn)換后發(fā)送至核心芯片，所述天線配置電路用于將射頻信號(hào)發(fā)送至天線和接收天線返回的射頻信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G06K17/00GK103971147SQ201410229471
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】趙文強(qiáng), 蔣暉, 馬明焱, 郭喜, 余強(qiáng) 申請(qǐng)人:中山達(dá)華智能科技股份有限公司