專利名稱：一種超高頻射頻識(shí)別讀寫器降功耗用的發(fā)射電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信領(lǐng)域的射頻識(shí)別技術(shù)中超高頻射頻識(shí)別讀寫器發(fā)射通路的實(shí)現(xiàn)方 案，特別是關(guān)于降低超高頻射頻識(shí)別讀寫器功耗的一種設(shè)計(jì)方案。
背景技術(shù)：
通信領(lǐng)域的RFID (Radio Frequency Identification,射頻識(shí)別)技術(shù)，是利用射頻方 式進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信達(dá)到識(shí)別物品的一種自動(dòng)化物品識(shí)別技術(shù)。RFID具有存貯數(shù)據(jù)量大、安全 性高、穿透力強(qiáng)、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、使用壽命長(zhǎng)、可讀寫、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、防水防 磁等特點(diǎn)。同時(shí)，由于芯片本身的高額成本和高技術(shù)含量的特點(diǎn)，使芯片本身就具有防偽功 能，而且，還可以應(yīng)用一些適當(dāng)復(fù)雜度的加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全管理。這些優(yōu)點(diǎn)使得其應(yīng)用前 景非常廣闊，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、商業(yè)供應(yīng)鏈管理、公共交通管理、商品防偽、身份 識(shí)別、動(dòng)物識(shí)別、門禁管理以及安全和軍事物流等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)尤其 是其中超高頻段的射頻識(shí)別技術(shù)給予了極大關(guān)注，超高頻的射頻技術(shù)一般使用無(wú)源標(biāo)簽，即 標(biāo)簽工作時(shí)所需的能量是從電磁波中恢復(fù)出來(lái)的，這樣就可以大大降低標(biāo)簽的成本；另外由 于超高頻射頻識(shí)別技術(shù)載波頻率高，可以實(shí)現(xiàn)更高的通信速率和更遠(yuǎn)的傳輸距離特別適用于 諸如物流管理、零售業(yè)等電子供應(yīng)鏈管理的應(yīng)用重。
如圖2所示， 一個(gè)典型射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)包括標(biāo)簽(射頻卡)、讀寫器(射頻收發(fā)機(jī))和主 機(jī)控制系統(tǒng)。正如前文所述，超高頻段的RFID電子標(biāo)簽大多是無(wú)源標(biāo)簽，它們工作所需要的 電源是從讀寫器發(fā)射的電磁波中通過(guò)電源恢復(fù)來(lái)獲得的；無(wú)源電子標(biāo)簽通過(guò)反向散射調(diào)制技 術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)向讀寫器傳送數(shù)據(jù)。其通信過(guò)程如圖l所示。
當(dāng)標(biāo)簽放入讀寫器的場(chǎng)區(qū)中時(shí)，讀寫器通過(guò)自動(dòng)輪詢方式來(lái)發(fā)出對(duì)標(biāo)簽操作的指令，標(biāo) 簽按照協(xié)議規(guī)定對(duì)指令做出響應(yīng)，比如返回標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)器、 進(jìn)入靜默狀態(tài)等等。
為了使無(wú)源標(biāo)簽在一定范圍內(nèi)能夠恢復(fù)出工作所需的電源，讀寫器必須有一定的發(fā)射功率，因此讀寫器內(nèi)部都使用功率放大器以提高輸出功率；為了防止讀寫器工作時(shí)影響其它通 信設(shè)備的工作，讀寫器的發(fā)射頻譜必須滿足頻譜規(guī)范的要求，因此讀寫器中的功率放大器都 使用效率較低的線性功率放大器。這樣使讀寫器在同樣的發(fā)射功率下功耗增大，不利于低功 耗便攜式讀寫器的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種超高頻低功耗射頻識(shí)別讀寫器發(fā)射通路的設(shè)計(jì)方案， 其目的是降低讀寫器功耗，如圖2所示。它包括基帶控制模塊，上變頻模塊和功率放大模 塊?；鶐Э刂颇K可以使用單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器、可編程邏輯陣列等來(lái)實(shí)現(xiàn)，上變頻采 用混頻器或開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的特征之一在于，含有基帶控制器，本振發(fā)生器，上變頻器，非線性功率放大 器和線性功率放大器，還有天線，其中
基帶控制器，是一個(gè)單片機(jī)，設(shè)有本振頻率控制輸出端，射頻標(biāo)簽控制信號(hào)輸出端， 以及功率放大器選擇控制信號(hào)輸出端；
本振發(fā)生器，是一個(gè)頻率綜合器，設(shè)有橫幅載波信號(hào)輸出端，本振頻率控制輸入端，與 所述單片機(jī)本振頻率控制輸出端相連，接收本振頻率控制信號(hào)；
上變頻器，是一個(gè)混頻器，設(shè)有橫幅載波控制信號(hào)輸入端，與所述頻率綜合器的橫幅 載波信號(hào)輸出端相連，接收橫幅載波信號(hào)；還設(shè)有射頻標(biāo)簽控制信號(hào)輸入端，與所述單片機(jī) 相對(duì)應(yīng)的輸出端相連，接收射頻標(biāo)簽發(fā)送指令的控制信號(hào)；
非線性功率放大器，設(shè)有橫幅載波信號(hào)輸入端，與所述變頻器的對(duì)應(yīng)輸出端相連，接 收橫幅載波信號(hào)后，通過(guò)天線向所述的射頻標(biāo)簽提供所需要的工作能量；
線性功率放大器，設(shè)有射頻標(biāo)簽指令信號(hào)輸入端，與所述混頻器的對(duì)應(yīng)輸出端相連， 接收射頻標(biāo)簽指令信號(hào)，接收射頻標(biāo)簽指令信號(hào)后，通過(guò)天線向所述的射頻標(biāo)簽發(fā)出指令；
其中，所述單片機(jī)根據(jù)以下步驟向射頻標(biāo)簽發(fā)出指令信號(hào)
步驟(1)，所述單片機(jī)啟動(dòng)線性功率放大器，在時(shí)間tl內(nèi)經(jīng)過(guò)所述混頻器、線性功率放 大器、天線后向射頻標(biāo)簽發(fā)出功率為P的指令信號(hào)，向所述射頻標(biāo)簽發(fā)送指令并為其提供工 作所需的能量；
步驟(2)，所述單片機(jī)關(guān)閉線性功率放大器，啟動(dòng)非線性功率放大器，并依次經(jīng)過(guò)所述混頻器、非線性放大器后，通過(guò)所述天線發(fā)出功率也為P的橫幅載波信號(hào)，為所述射頻標(biāo)簽 提供工作所需的能量；
步驟.(3)，所述單片機(jī)經(jīng)過(guò)標(biāo)簽應(yīng)答等待時(shí)間t2后，收到所述射頻標(biāo)簽的應(yīng)答；
步驟(4)，所述單片機(jī)按下式計(jì)算所述發(fā)射電路的功耗P2:
P2=(P*tl/yl+P*t2/y2)/(tl+t2)，
其中yl為線性功率放大器的效率，y2為非線性功率放大器的效率，y2〉yl,t2〉tl。 本發(fā)明的特征之二在于所述線性功率放大器和非線性功率放大器合并成一個(gè)工作狀態(tài)可 控功率放大器，可以工作在線性放大狀態(tài)和非線性放大狀態(tài)。
試驗(yàn)證明本發(fā)明的功耗低于一般采用一個(gè)線性功率放大器的發(fā)射電路的功耗。


圖1為無(wú)源標(biāo)簽與射頻識(shí)別讀寫器的通信過(guò)程。
圖2為射頻識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖3為一般超高頻讀寫器發(fā)射電路框圖。
圖4為本發(fā)明提出的超高頻讀寫器發(fā)射電路框圖具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施例方式
如前所述，超高頻無(wú)源射頻識(shí)別讀寫器在工作時(shí)首先向標(biāo)簽發(fā)送指令，然后等待標(biāo)簽返 回應(yīng)答信號(hào)，此時(shí)讀寫器必須發(fā)射橫幅載波以提供標(biāo)簽工作所需要的能量。本發(fā)明的關(guān)鍵在 于讀寫器發(fā)送指令時(shí)通過(guò)基帶控制模塊保證讀寫器發(fā)射通路中的功率放大模塊為線性的，讀 寫器發(fā)送橫幅載波時(shí)功率放大模塊為非線性的。假設(shè)線性工作狀態(tài)的功率放大器效率為yl， 非線性功率放大器的效率為y2，發(fā)送指令時(shí)間為tl，發(fā)送橫幅載波等待標(biāo)簽應(yīng)答的時(shí)間為 t2，需要的輸出功率為P，可以知道yl〈y2,在一般的操作中tl〈t2。若采用一般的讀寫器發(fā) 射通路方案，可以算得讀寫器功率放大模塊的功耗為P^P/yl，采用本發(fā)明中的讀寫器發(fā)射 通路方案，可以得到讀寫器功率放大模塊的功耗為P2^PMl/yl+PM2/y2)/(tl+t2)，顯然有 P1〉P2。
本發(fā)明的實(shí)施例見(jiàn)圖4.
與一般的讀寫器發(fā)射通路方案相比，該發(fā)明的不同在于功率放大模塊采用可工作于不同工作狀態(tài)的功率放大器件或使用多個(gè)不同類型的功率放大器件。在讀寫器需要向射頻標(biāo)簽發(fā) 送指令時(shí)，基帶控制模塊控制信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大模塊的線性功率放大器或使功率放大模塊工 作在線性工作狀態(tài)，這樣可以滿足頻譜規(guī)范對(duì)發(fā)射信號(hào)的要求；在讀寫器發(fā)射橫幅載波向射 頻標(biāo)簽提供工作所需的能量等待射頻標(biāo)簽返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，基帶控制模塊控制射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)功率 放大模塊的非線性功率放大器或使功率放大模塊工作在非線性工作狀態(tài)，由于此時(shí)通過(guò)功率 放大模塊的信號(hào)為單頻信號(hào)，且工作于非線性狀態(tài)的功率放大器效率較高，這樣既能夠滿足 頻譜規(guī)范的要求又使得讀寫器在輸出功率恒定的情況下整體功耗較小。根據(jù)目前超高頻射頻 識(shí)別協(xié)議(如IS0/IEC 18000-6C)的要求，在一般的讀寫器與標(biāo)簽的通信過(guò)程中，讀寫器發(fā) 送數(shù)據(jù)的時(shí)間要比只發(fā)送載波的時(shí)間短，這樣就使該方案在降低發(fā)射功耗方面具有更大的優(yōu) 勢(shì)。
權(quán)利要求
1、超高頻射頻識(shí)別讀寫器降功耗用的發(fā)射電路，其特征在于，含有基帶控制器，本振發(fā)生器，上變頻器，非線性功率放大器和線性功率放大器，還有天線，其中基帶控制器，是一個(gè)單片機(jī)，設(shè)有本振頻率控制輸出端，射頻標(biāo)簽控制信號(hào)輸出端，以及功率放大器選擇控制信號(hào)輸出端；本振發(fā)生器，是一個(gè)頻率綜合器，設(shè)有橫幅載波信號(hào)輸出端，本振頻率控制輸入端，與所述單片機(jī)本振頻率控制輸出端相連，接收本振頻率控制信號(hào)；上變頻器，是一個(gè)混頻器，設(shè)有橫幅載波控制信號(hào)輸入端，與所述頻率綜合器的橫幅載波信號(hào)輸出端相連，接收橫幅載波信號(hào)；還設(shè)有射頻標(biāo)簽控制信號(hào)輸入端，與所述單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的輸出端相連，接收射頻標(biāo)簽發(fā)送指令的控制信號(hào)；非線性功率放大器，設(shè)有橫幅載波信號(hào)輸入端，與所述變頻器的對(duì)應(yīng)輸出端相連，接收橫幅載波信號(hào)后，通過(guò)天線向所述的射頻標(biāo)簽提供所需要的工作能量；線性功率放大器，設(shè)有射頻標(biāo)簽指令信號(hào)輸入端，與所述混頻器的對(duì)應(yīng)輸出端相連，接收射頻標(biāo)簽指令信號(hào)，接收射頻標(biāo)簽指令信號(hào)后，通過(guò)天線向所述的射頻標(biāo)簽發(fā)出指令；其中，所述單片機(jī)根據(jù)以下步驟向射頻標(biāo)簽發(fā)出指令信號(hào)步驟(1)，所述單片機(jī)啟動(dòng)線性功率放大器，在時(shí)間t1內(nèi)經(jīng)過(guò)所述混頻器、線性功率放大器、天線后向射頻標(biāo)簽發(fā)出功率為P的指令信號(hào)，向所述射頻標(biāo)簽發(fā)送指令并為其提供工作所需的能量；步驟(2)，所述單片機(jī)關(guān)閉線性功率放大器，啟動(dòng)非線性功率放大器，并依次經(jīng)過(guò)所述混頻器、非線性放大器后，通過(guò)所述天線發(fā)出功率也為P的橫幅載波信號(hào)，為所述射頻標(biāo)簽提供工作所需的能量；步驟(3)，所述單片機(jī)經(jīng)過(guò)標(biāo)簽應(yīng)答等待時(shí)間t2后，收到所述射頻標(biāo)簽的應(yīng)答；步驟(4)，所述單片機(jī)按下式計(jì)算所述發(fā)射電路的功耗P2P2＝(P*t1/y1+P*t2/y2)/(t1+t2)，其中y1為線性功率放大器的效率，y2為非線性功率放大器的效率，y2＞y1，t2＞t1。
全文摘要
超高頻射頻識(shí)別讀寫器的發(fā)射電路屬于超高頻射頻識(shí)別讀寫器技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于含有基帶控制模塊、上變頻模塊和功率放大模塊，該功率放大模塊在基帶控制模塊的控制下，處于非線性工作狀態(tài)下，向射頻標(biāo)簽發(fā)射單頻橫幅載波信號(hào)，為射頻標(biāo)簽提供工作所需能量；在單片機(jī)收到射頻應(yīng)答后，該功率放大模塊處于線性工作狀態(tài)，單片機(jī)通過(guò)上變頻器、功率放大器向射頻標(biāo)簽發(fā)送指令。本發(fā)明的功耗低于一般僅使用單一線性功率放大器的發(fā)射電路的功耗。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101299232SQ200810115088
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者春 張, 李永明, 池保勇, 王志華, 王敬超 申請(qǐng)人:清華大學(xué)