專利名稱：超小型超高頻rfid便攜式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(RFID)技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于超高頻RFID (UHF RFID)技術(shù)領(lǐng)域中的讀寫器技術(shù)。
背景技術(shù)：
射頻識別(RadioFrequency Identification，縮寫 RFID)技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場) 實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)，可以對靜止的和移動的物體進(jìn)行識別。識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。射頻識別(RFID)系統(tǒng)主要有4個基本部分組成，分別是天線(Antenna)在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞射頻信號。讀寫器首先通過天線向電子標(biāo)簽發(fā)射微波能量，激活標(biāo)簽；然后通過天線將標(biāo)簽反射回來的信號傳送給讀寫器。外部終端(External terminal)在天線向標(biāo)簽發(fā)射微波能量的同時發(fā)送命令給標(biāo)簽。標(biāo)簽(Tag)由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。標(biāo)簽取得天線發(fā)射的微波能量后反射信號給讀寫器。讀寫器(Reader)讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。通過天線接收電子標(biāo)簽反射回來的信號，對標(biāo)簽反射回來的回波信號進(jìn)行濾波、解調(diào)、放大、解碼和譯碼處理，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)的讀取，也可以對數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫、鎖和殺死數(shù)據(jù)的操作。超高頻RFID (UHF RFID)的工作頻段為840MHz到960MHz之間，可以對滿足ISO/ IEC18000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽中的內(nèi)容進(jìn)行一定距離的讀寫(無源可達(dá)IOm左右，主要是通過電容耦合的方式進(jìn)行實現(xiàn))，并將所讀寫的電子標(biāo)簽的信息傳送給射頻識別終端。現(xiàn)有的 UHFRFID讀寫器(模塊)，由于核心芯片的功能比較單一，芯片外部還有很多實現(xiàn)各種實用功能的附加的芯片和電路，以致讀寫器(模塊)體積過大而不方便使用。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有的超高頻RFID讀寫器(模塊)各個單元集成度低所造成的讀寫器裝置體積過大的不足，提出了超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊。本實用新型的技術(shù)方案是超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊，包括射頻單元、基帶處理單元、控制單元和穩(wěn)壓電源單元，其特征在于，所述控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，所述射頻單元、基帶處理單元和控制單元集成的同一芯片用于使控制單元發(fā)送控制命令后，經(jīng)過基帶處理單元轉(zhuǎn)換為射頻單元能夠識別的信號，射頻單元接收到命令之后發(fā)射射頻信號，射頻信號經(jīng)過處理之后由天線發(fā)送到標(biāo)簽；或者用于使標(biāo)簽反射回來的信號經(jīng)由射頻單元處理成為基帶信號，交給基帶處理單元處理，基帶處理單元將基帶信號轉(zhuǎn)換成控制單元可以識別的控制信息給控制單元；所述穩(wěn)壓電源單元于上述射頻單元、基帶處理單元和控制單元連接并為其提供所需要的電壓。上述射頻單元包括發(fā)射電路子單元、功率放大電路子單元、耦合器電路子單元、振蕩電路子單元和射頻芯片子單元，所述射頻芯片子單元與發(fā)射電路子單元、功率放大電路子單元和耦合器電路子單元依次連接形成射頻信號傳輸通道，所述射頻單元外部的穩(wěn)壓電源單元與射頻單元的振蕩電路子單元連接后為射頻芯片子單元提供電源。本實用新型的有益效果是本實用新型的控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，這是本實用新型體積小的主要原因。因此本實用新型與其他同類RFID讀寫模塊相比，采用模塊式結(jié)構(gòu)，體積小，工作頻率在840MHz 960MHz，可以讀寫滿足IS0/IEC 18000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽。由于本實用新型體積非常小，應(yīng)用范圍得到的大大的提升，可以嵌入到像手機(jī)這樣的小體積設(shè)備中實現(xiàn)支付或者刷卡的功能。

圖1是本實用新型超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型集成后的射頻單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型射頻單元的發(fā)射電路子單元的平衡-不平衡信號轉(zhuǎn)換電路的電路圖。圖4是本實用新型射頻單元的功率放大電路子單元的電路圖。圖5是本實用新型射頻單元的耦合器電路子單元的電路圖。圖6是本實用新型射頻單元的振蕩電路子單元的電路圖。圖7是本實用新型射頻單元的射頻芯片子單元的電路圖。圖8是本實用新型的穩(wěn)壓電源單元的電路圖。
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做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊，包括射頻單元、基帶處理單元、控制單元和穩(wěn)壓電源單元，所述控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，所述射頻單元、基帶處理單元和控制單元集成的同一芯片用于使控制單元發(fā)送控制命令后，經(jīng)過基帶處理單元轉(zhuǎn)換為射頻單元能夠識別的信號，射頻單元接收到命令之后發(fā)射射頻信號，射頻信號經(jīng)過處理之后由天線發(fā)送到標(biāo)簽；或者用于使標(biāo)簽反射回來的信號經(jīng)由射頻單元處理成為基帶信號，交給基帶處理單元處理，基帶處理單元將基帶信號轉(zhuǎn)換成控制單元可以識別的控制信息給控制單元；所述穩(wěn)壓電源單元于上述射頻單元、基帶處理單元和控制單元連接并為其提供所需要的電壓。如圖2所示，上述射頻單元包括發(fā)射電路子單元(BALUN)、功率放大電路子單元 (PA)、耦合器電路子單元(Coupler)、振蕩電路子單元(T)(CO)和射頻芯片子單元(LDO)，所述射頻芯片子單元與發(fā)射電路子單元、功率放大電路子單元和耦合器電路子單元依次連接形成射頻信號傳輸通道，所述射頻單元外部的穩(wěn)壓電源單元與射頻單元的振蕩電路子單元連接后為射頻芯片子單元提供電源。圖中TX代表射頻信號的輸出端，RX代表射頻信號的輸入端。[0023]下面再結(jié)合個子單元的詳細(xì)電路圖對各子單元及其連接關(guān)系做進(jìn)一步的說明。如圖3所示，本實用新型射頻單元中發(fā)射電路子單元中的平衡-不平衡信號轉(zhuǎn)換電路(Balim)，它的作用除了平衡-不平衡變換之外，同時還視Balim的形式、結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行1 1、4 1、6 1、9 1、25 1等比值的阻抗轉(zhuǎn)換。圖3所示U2的作用是將經(jīng)過載波合成后的信號經(jīng)Ul (如圖7)芯片內(nèi)部緩沖放大，由Ul芯片的第13和14腳輸出給圖3 中平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器U2的4腳和6腳，中間經(jīng)過C2、C3、L5、L6的阻抗匹配和C4、C5隔直，最終實現(xiàn)4 1的等比值阻抗轉(zhuǎn)換，并且將兩路差分信號轉(zhuǎn)換成為一路單端信號。如圖4所示，為本實用新型射頻單元中的功率放大電路子單元(PA)，主要由U8芯片(即RF2173)功率放大器組成。U8(即RF2173)主要有功耗低、增益高、線性度高、雜散小等優(yōu)點。信號從U2 (如圖3) 2腳出來，經(jīng)過由R20、R21、R22組成的衰減網(wǎng)絡(luò)和C37、C39、L15 組成的均衡電路，及C35、C36和L14組成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)入到功率放大器U8(即 RF2173)，到達(dá)U8芯片的3腳。U8芯片(即RF2173)的5腳和8腳經(jīng)過C44和C46濾波接 3. 3V的電壓，6腳和7腳經(jīng)過C47和C45濾波接2. 7V的電壓，14、15、16腳經(jīng)過C31、C32、C 51濾波接3. 3V的電壓，U8芯片的1腳、9腳接地。U8芯片(即RF2173)的10、11、12腳經(jīng)過C33、C53濾波接3. 3V電壓，同時這三個腳也是信號輸出腳，經(jīng)過由L12、C38和C40組成的一個π型匹配網(wǎng)絡(luò)再經(jīng)過C34濾波進(jìn)入U9(如圖5)的1腳。在發(fā)射電路子單元中，R20、 R21和R22組成一個電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，主要的作用是把從U2(如圖3)輸出的信號功率衰減到 U8芯片(即RF2173)所需要的值的范圍內(nèi)。而當(dāng)R20、R21、R22和C37、C39、L15 —起作用時，就能形成均衡電路。由于U8 (即RF2173)功率放大芯片在900MHz 930MHz之間會有一個增益衰減，為了增加功率放大器增益平坦度，就需要用這個均衡電路網(wǎng)絡(luò)來抵消U8在 900MHz 930MHz范圍內(nèi)的增益衰減。如圖5所示，為本實用新型射頻單元中的耦合器電路子單元(Coupler)，其中的U9 芯片(即CP0603A0942CL)是耦合器電路子單元的主要組成部分。功率放大之后的信號經(jīng)過 C34隔直到達(dá)方向性耦合器U9 (即CP0603A0942CL)的1腳。當(dāng)信號從U8輸出進(jìn)入U9 (即 CP0603A0942CL)的1腳時，U9的2腳是1腳的直通端，4腳是1腳的耦合端，3腳是1腳的隔離端；反之，當(dāng)信號從天線反射回來，從2腳進(jìn)入U9 (即CP0603A0942CL)，此時1腳是2腳的直通端，3腳是2腳的耦合端，4腳是2腳的隔離端。信號在互為直通端的兩個引腳通信時，不會發(fā)生任何變化。U9芯片(即CP0603A0942CL) 3腳對1腳的耦合度為-15dBm，1腳輸入的信號經(jīng)過3腳耦合衰減15dBm后經(jīng)過R3、R4、R5組成的衰減網(wǎng)絡(luò)和Cl、L2、L3組成的 L型匹配網(wǎng)絡(luò)輸入到射頻芯片Ul (如圖7)的7腳。同時，由U9芯片(即CP0603A0942CL) 2 腳輸出到天線的信號經(jīng)過天線反射回來，經(jīng)過C42、C43和L13組成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)再返回到2腳，信號通過4腳耦合后經(jīng)過C56隔直和C1、L2、L3組成的L型匹配網(wǎng)絡(luò)輸入到射頻芯片Ul (如圖7)的6腳，在Ul芯片中對這兩路差分信號進(jìn)行基帶處理。如圖6所示，為本實用新型射頻單元中的振蕩電路子單元(T)(CO)， U5 (TTS18NS-ALL)的1腳經(jīng)R7、R13分壓接3. 3V電壓，U5的4腳經(jīng)L8、C14濾波接3. 3V電壓，3腳輸出后經(jīng)ClO隔直輸入到Ul的48腳，振蕩頻率為19. 2MHz。如圖7所示，為射頻單元中的射頻芯片子單元(PR9000)，射頻芯片子單元中集成了控制單元和基帶處理單元。Ul (即PR9000)內(nèi)的壓控振蕩器和鎖相環(huán)電路，以及射頻單元的振蕩電路子單元構(gòu)成載波合成電路。從天線接收的信號經(jīng)過載波合成之后經(jīng)Ul芯片(即PR9000)內(nèi)部緩沖放大，輸出給U2(如圖3)，然后經(jīng)過U8、U9處理之后再返回Ul (即 PR9000)。如圖8所示，為穩(wěn)壓電源單元UlO (即MIC69153)，穩(wěn)壓電源單元為各單元和各子單元提供各自所需要的電壓值，它屬于低壓差(LDO)穩(wěn)壓芯片，LDO穩(wěn)壓芯片成本低，噪音低， 靜態(tài)電流小。同時它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容，這樣就大大簡化了芯片的外圍電路。再加上本實用新型采用單電源設(shè)計，整個設(shè)計的體積就進(jìn)一步得到了縮小化。UlO (即MIC69153)的6腳為芯片使能端，接5V電壓，圖中5V電壓同時經(jīng)過C49濾波輸入給UlO的7腳。UlO (即MIC69153)的9腳為電壓輸出腳，R23、RM為分壓電阻，將 5V電壓變壓之后由9腳經(jīng)過C50、C55濾波之后輸出。射頻單元中的各個子單元的工作電壓均為3. 3V。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)被理解為本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實用新型實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊，包括射頻單元、基帶處理單元、控制單元和穩(wěn)壓電源單元，其特征在于，所述控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，所述射頻單元、基帶處理單元和控制單元集成的同一芯片用于使控制單元發(fā)送控制命令后，經(jīng)過基帶處理單元轉(zhuǎn)換為射頻單元能夠識別的信號，射頻單元接收到命令之后發(fā)射射頻信號，射頻信號經(jīng)過處理之后由天線發(fā)送到標(biāo)簽；或者用于使標(biāo)簽反射回來的信號經(jīng)由射頻單元處理成為基帶信號，交給基帶處理單元處理，基帶處理單元將基帶信號轉(zhuǎn)換成控制單元可以識別的控制信息給控制單元；所述穩(wěn)壓電源單元于上述射頻單元、 基帶處理單元和控制單元連接并為其提供所需要的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊，其特征在于，射頻單元包括發(fā)射電路子單元、功率放大電路子單元、耦合器電路子單元、振蕩電路子單元和射頻芯片子單元，所述射頻芯片子單元與發(fā)射電路子單元、功率放大電路子單元和耦合器電路子單元依次連接形成射頻信號傳輸通道，所述射頻單元外部的穩(wěn)壓電源單元與射頻單元的振蕩電路子單元連接后為射頻芯片子單元提供電源。
專利摘要本實用新型涉及超小型超高頻RFID便攜式讀寫器模塊。包括射頻單元、基帶處理單元、控制單元和穩(wěn)壓電源單元，所述控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，所述射頻單元、基帶處理單元和控制單元集成的同一芯片用于使控制單元發(fā)送控制命令后，經(jīng)過基帶處理單元轉(zhuǎn)換為射頻單元能夠識別的信號，射頻單元接收到命令之后發(fā)射射頻信號，射頻信號經(jīng)過處理之后由天線發(fā)送到標(biāo)簽；所述穩(wěn)壓電源單元于上述射頻單元、基帶處理單元和控制單元連接并為其提供所需要的電壓。本實用新型的有益效果是本實用新型的控制單元依次與基帶處理單元和射頻單元連接并集成在同一芯片中，這是本實用新型體積小的主要原因。
文檔編號G06K17/00GK202159357SQ201120285609
公開日2012年3月7日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者文光俊, 李沈飛, 楊晶晶 申請人:電子科技大學(xué)