超高頻rfid讀寫模塊的製作方法
2023-07-02 19:32:21 1
超高頻rfid讀寫模塊的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超高頻RFID讀寫模塊，包括電源管理電路、核心晶片、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流控制並為其他電路提供對應的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環電路，所述射頻前端電路用於將核心晶片發射出來的射頻信號經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經過平衡不平衡轉換後發送至核心晶片，所述天線配置電路用於將射頻信號發送至天線和接收天線返回的射頻信號。本發明採用模塊化設計，將各個功能模塊分別實現並連接，有效的將電路高度集成，極大地簡化了電路設計，最大限度的減小了讀寫核心模塊的體積，且應用範圍廣泛。
【專利說明】超高頻RFID讀寫模塊
【技術領域】
[0001]本發明屬於射頻識別【技術領域】，尤其涉及一種超高頻RFID讀寫模塊。
【背景技術】
[0002]隨著普通百姓對RFID技術的了解越來越多，科技不斷進步需求不斷增長，各行各業對於大數據量和識別速度的需求也會不斷增大。相對應的，隨著技術革新和新材料的發明發現，RFID技術也將迎來前面發展，成本降低、數據量更大、靈敏度更高、識別速度更快，實現電子標籤的功能多樣化、系統網絡化、兼容性更好，能夠方便的嵌入到其他系統中，在各行各業中能夠更加方便快捷的使用。與此同時，市場應用的發展也迫使硬體電路設計向小型化、低功耗、模塊化的方向發展，單讀寫器多協議兼容和多讀寫器組網技術也將是RFID技術應用發展的方向。
[0003]未來幾年中，RFID產業中高頻市場的應用仍將佔有大部分市場，但是超高頻RFID技術的先天應用優勢會促使其不斷發展進步。國際公認的RFID頻段劃分中，各個頻段的RFID技術特點各異均有其實用的應用場景。在我國，低頻和高頻的RFID應用模式已經相對成熟，也應經應用在很多場合，超高頻RFID技術應用也在平穩快速發展，其優勢非常明顯，使用場景非常多。但是與高頻相比，超高頻RFID技術起步較晚，發展較為緩慢，除了鐵路方面的幾個大項目的推動外，其他領域的應用還不夠廣泛。但是超高頻RFID技術在識別距離、數據交換速度、抗幹擾能力、穿透性等方面具有明顯優勢。雖然我國超高頻RFID相關產業實力較弱，技術能力有限有關，但是市場潛力巨大。相信隨著市場的變化，需求的增加，全世界的將湧現一批從事超高頻RFID技術研究的企業和研究機構，目前仍不夠成熟的超高頻RFID技術將會得到更大的重視和發展。
[0004]近年來，RFID市場發展迅速，應用範圍不斷拓展，市場需求越來越大，越來越多的公司投入其中。外國公司，如摩託羅拉等，已經推出了很成熟的RFID產品。雖然市面上的RFID讀寫器生產商已經初具規模，但是仍然存在體積較大、功耗較大、價格較高等問題。隨著政府部門對物聯網行業的重視，國內對於RFID產品的需求正在不斷增大。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決【背景技術】中所涉及的技術問題，提供了一種超高頻RFID讀寫模塊。
[0006]本發明的技術方案是:一種超高頻RFID讀寫模塊，包括電源管理電路、核心晶片、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流控制並為其他電路提供對應的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環電路，所述射頻前端電路用於將核心晶片發射出來的射頻信號經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經過平衡不平衡轉換後發送至核心晶片，所述天線配置電路用於將射頻信號發送至天線和接收天線返回的射頻信號。
[0007]綜上所述，本發明具有以下優點: 本發明採用模塊化設計，將各個功能模塊分別實現並連接，有效的將電路高度集成，並選取集成有微控制器、基帶處理電路、射頻收發電路的核心晶片，極大地簡化了電路設計，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、有效識別距離較大、可嵌入其他設備的特點，且應用範圍廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實施例的結構原理圖；
圖2是圖1中電源管理電路的具體電路圖；
圖3是圖1中核心晶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。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖以實施例對本發明作進一步說明。
[0010]如圖1所不，一種超聞頻RFID讀與I旲塊,包括電源管理電路、核心晶片、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流控制並為其他電路提供對應的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環電路，所述射頻如端電路用於將核心晶片發射出來的射頻信號經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經過平衡不平衡轉換後發送至核心晶片，所述天線配置電路用於將射頻信號發送至天線和接收天線返回的射頻信號。
[0011]在核心晶片的控制下，本讀寫核心模塊能夠根據使用情況控制功耗，提供三種狀態:工作狀態、睡眠狀態、待機狀態，在工作狀態下，各個子電路均正常運轉，射頻前端電路發送載波，載波信號在經過處理後發送至天線配置電路通過天線發射，在有效識別範圍內的電子標籤識別到後做出對應操作並發射返回信號，返回信號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並發送至射頻前端電路，經過濾波、解調後的信號再通過基帶處理後轉換為差分信號，發送至核心晶片進行處理。在這個過程中，射頻前端電路還能夠監視射頻信號的功率，返回信號功率過大會對核心晶片造成嚴重損害，射頻前端電路將起到功率監測及保護的功能。電源管理電路在此過程中將為各個子電路提供所需的既定LDO電壓信號，電源的穩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位訊號部分和模擬信號部分應當分開供電以便保證兩種信號之間的隔罔度。
[0012]下面將對各個子電路的詳細電路設計進行說明。
[0013]圖2是電源管理電路圖，該電路將為各個子電路提供工作電壓，由於射頻單元中的數字部分和模擬部分需要單獨供電，所以經過穩壓後將產生兩個3.3V的輸出支路，具體的電路設計如圖2所示。本讀寫核心模塊採用5V供電，VDD_IN輸入後，經過濾波電容濾除可能存在的高頻噪聲後輸入到電源管理電路的三個核心晶片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淨，添加了接地濾波電容來進一步濾除高頻噪聲。與此同時，為了方便調試測試，在此處添加0Ω電阻作為測試節點。此處以U31為例，將濾波後的5V電源連接至電源晶片的輸入端2腳和使能端I腳，3腳接地，在接地過程中應當添加一個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，在電源管理晶片的輸出點添加電壓指示燈，當正常輸出電源時，指示燈亮。如圖2所示，輸出端VDD_33為射頻晶片中的模擬部分、震蕩電路提供3.3V電壓，VDD_33_1為核心晶片中的數字部分提供電壓。U31的輸出引腳4腳將輸出3.6V電壓，經過穩壓後，連結至電壓指示燈，穩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]核心晶片的選取直接決定了整個讀寫核心模塊的體積、性能及各項參數，通過對比市面上的主流射頻晶片，本實施例選取了 PR9000作為核心晶片，其具有集成度高、體積小、功耗低等優點，而且內部集成可微控制器、基帶處理路、存儲器等，工作在840MHz-960MHz頻段。圖3為核心晶片及外圍電路圖，包括了核心晶片以及保證晶片正常工作的保證電路和對外接口電路。Ul的I腳未接電阻為核心晶片提供參考電流，2腳和12腳連結3.3V電壓輸入，為晶片的模擬部分提供電源，核心晶片利用13腳和14腳輸出射頻信號，最大輸出功率可以達到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只要高於該值，核心晶片就能夠設別射頻信號，17腳連結鎖相環電路，22腳和43腳連結3.3V電源，為核心晶片的數字部分提供電源，24腳是晶片復位引腳，46腳為晶片使能端，連接高電平有效，48腳為震蕩輸入端，連結晶體震蕩電路輸出的震蕩信號。
[0015]晶體震蕩電路如圖4所不,本發明選用振蕩電路的核心晶片為晶體振蕩器KT3225(U3),VDD_ 33輸入3.3V電壓，經過濾波電容後連結U3的4腳，經過分壓電阻後連結I腳，2腳接地，3腳輸出保證核心晶片運行的19.2MHz震蕩信號，經過格力電容後連接核心晶片的震蕩信號輸入腳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晶片輸出的差分信號輸入轉換為單端射頻信號輸入到天線管理電路和將天線管理電路返回的單端信號轉換為差分信號輸入到核心晶片，其中差分信號與單端信號之間的轉換即平衡-不平衡轉換電路是該電路的核心。如圖6所示，其主要功能是將核心晶片輸出的差分射頻信號轉換為單端輸出，選取的平衡-不平衡轉換器為0900BL18B200 (U2)，核心晶片輸出的查分射頻信號經過匹配網絡電路平衡信號強度後輸入到U2的4腳和6腳，最大信號強度為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後接入。I腳和3腳接地，2腳是將兩條差分信號合成的單端信號輸出端，信號經過低通濾波網絡後連結至定向耦合器U5的I腳，定向耦合器的2腳輸出信號經過低通濾波其後連結射頻天線，將射頻信號發送出去。反射信號經過3腳輸出，低通濾波後連結至核心晶片的6腳，將天線接收到的射頻信號輸入到核心晶片，基帶處理電路處理後由微處理器對其中的信息進行處理。
[0017]以上說明僅僅是對本發明的解釋，使得本領域普通技術人員能完整的實施本方案，但並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，這些都是不具有創造性的修改。但只要在本發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。
【權利要求】
1.一種超高頻RFID讀寫模塊，其特徵在於:包括電源管理電路、核心晶片、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流控制並為其他電路提供對應的電源，所述外圍電路包括使能電路、晶體震蕩電路、鎖相環電路，所述射頻如端電路用於將核心晶片發射出來的射頻信號經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經過平衡不平衡轉換後發送至核心晶片，所述天線配置電路用於將射頻信號發送至天線和接收天線返回的射頻信號。
【文檔編號】G06K17/00GK103971147SQ201410229471
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】趙文強, 蔣暉, 馬明焱, 郭喜, 餘強 申請人:中山達華智能科技股份有限公司