超高頻RFID讀寫器設(shè)計原理摘要：RFID技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過無線射頻的方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)通常主要由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線3部分組成。讀寫器對電子標(biāo)簽進行操作，并將所獲得的電子標(biāo)簽信息反饋給PC機。引言RFID技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過無線射頻的方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)通常主要由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線3部分組成。讀寫器對電子標(biāo)簽進行操作，并將所獲得的電子標(biāo)簽信息反饋給PC機。射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運輸、防偽、跟蹤及軍事等方面。按工作頻段不同，RFID系統(tǒng)可以分為低頻、高頻、超高頻和微波等幾類。目前，大多數(shù)RFID系統(tǒng)為低頻和高頻系統(tǒng)，但超高頻頻段的RFID系統(tǒng)具有操作距離遠(yuǎn)，通信速度快，成本低，尺寸小等優(yōu)點，更適合未來物流、供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管目前，RFID超高頻技術(shù)的發(fā)展已比較成熟，也已經(jīng)有了一些標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽的價格也有所下降；BRFID超高頻讀寫器卻有變得更大，更復(fù)雜和更昂貴的趨勢，其消耗能量將更多，制造元件達(dá)數(shù)百個之多。然而，這里的設(shè)計采用高度集成的R1000，可以解決上述問題，既可降低芯片設(shè)計中的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本，又能使制造商制造出體積更小，更有創(chuàng)新性的讀寫器，從而開拓新的RFID應(yīng)用領(lǐng)域。1讀寫器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計該設(shè)計選用W78E465作為主控模塊，IntelR1000收發(fā)器作為射頻模塊。該設(shè)計可以作為手持終端，并用RS232串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換接口MAX232與上位機相連。系統(tǒng)硬件原理見圖1.圖1UHE硬件系統(tǒng)福圖1.1主控模塊W78E365是具有帶ISP功能的FLASHEPROM的低功耗8位微控制器，可用于固件升級。它的指令集與標(biāo)準(zhǔn)8052指令集完全兼容。W78E365包含64KB的主ROM，4KB的輔助FLASHEPROM，256B片內(nèi)RAM；4個8位雙向、可位尋址的I/0口；一個附加的4位I/O口P4；3個16位定時/計數(shù)器及1個串行口。這些外圍設(shè)備都由有9個中斷源和4級中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶進行編程和驗證，W78E365內(nèi)含的ROM允許電編程和電讀寫。一旦代碼確定后，用戶就可以對代碼進行保護。

W78E365內(nèi)部ROM僅64KB,內(nèi)存太小，故采用AT29C256作為外擴ROM.線路連接見圖2.LAXIAI.Px.-IP20時...■吁.飛TNTC]NTIr2.c?LHJ21j|-H?DH'IDELLDD2PI&2DD311H4DD1nmI7HAIJHnDur.□ruLJHX□D7■\DS——眼LAXIAI.Px.-IP20時...■吁.飛TNTC]NTIr2.c?LHJ21j|-H?DH'IDELLDD2PI&2DD311H4DD1nmI7HAIJHnDur.□ruLJHX□D7■\DS——眼D6D7W：LaC5HUIPC1PC3H<：4Pd5PC-6J?2■\ipii■M>L2ADIJADZ-1~T>：)DIL*IX-.J1<1>F5TX,ALL■APOAFKJ

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.?m5AJSaJElTADIIP^VADIC-AI>1■=TTO；口口匹Tjhs-岱「心I g-AT29C2551.2收發(fā)模塊射頻模塊采用IntelR1000收發(fā)器。R1000內(nèi)包含了一個能源擴大器，使得它可以在近距離或者2m內(nèi)對標(biāo)簽進行編碼和閱讀，而具體距離由讀寫器所使用的天線決定。有了額外的外部能源擴大器，使用R1000讀寫器的讀寫范圍可以達(dá)到10m.R1000必須與單獨的微處理器連接，這個微處理器可以把由R1000數(shù)字信息處理器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EPc或者18000-6c格式的代碼，其工作頻率為860?960MHz，共有56個引腳，采用0.18umSiGeBiCMOs先進工藝，體積僅為8mmX8mm，功耗只有1.5w左右，具有很高的集成度。R1000與W78E365的連接見圖3.射頻信號經(jīng)天線進入電橋，輸出信號被分為兩路，一路信號經(jīng)過帶通濾波器和不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進入R1000的射頻輸入口。另一路信號經(jīng)不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進人R1000的本振輸入口。這兩路信號在R1000內(nèi)部經(jīng)過解調(diào)和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列操作后，將所得的數(shù)字信息送給W78E365.W78E365對收到的信號經(jīng)解碼和校驗，將所得信息送往上位機，并將其對R1000的命令編碼和加密后發(fā)送給R1000.這些命令在R1000內(nèi)部經(jīng)過調(diào)制和PA，再經(jīng)過平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換和濾波，由天線發(fā)射出去。數(shù)字模塊中的時鐘驅(qū)動來自于外部TCXO產(chǎn)生的24MHz參考頻率。系統(tǒng)中通過E-ADACS的信號頻率為24MHz；通過E-△ADCS的信號頻率為48MHz.

花.<■V花.<■VR1000內(nèi)部集成了接收器和發(fā)射器。實質(zhì)上，接收器是一個零中頻接收機。下變頻后，直流的大部分被復(fù)位，由交流耦合電容器濾除。模擬中頻濾波器提供粗略的頻道選擇。它具有可編程帶寬滿足大范圍的數(shù)字通過率。該濾波器可以配置成兩個實際的低通濾波器，也可以配置成復(fù)雜的單相帶通濾波器。經(jīng)濾波后，I，Q信號被數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。濾波器中自動中頻增益的升高會降低模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍。R1000中，發(fā)射器支持同相正交矢量調(diào)制和極化調(diào)制。前者，用于SSB-ASK調(diào)制和反相幅移鍵控調(diào)制；后者，用于DSB-ASK.在這兩種調(diào)制方式下，數(shù)字模塊產(chǎn)生的信號，經(jīng)過工一△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和重建濾波器轉(zhuǎn)換成模擬信號。在SSB-ASK調(diào)制方式下，基帶編碼信號經(jīng)希爾伯特濾波器產(chǎn)生復(fù)合的同相信號I和正交信號Q，經(jīng)工-△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將I，Q數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，進入模擬模塊，該模擬信號經(jīng)天線發(fā)射出去。在PR-ASK調(diào)制方式下，用混頻器將信號反相彌補AM部分的時延，反相時延控制有一個可編程時延，使極化調(diào)制的相位與幅度之問的時間錯誤趨于最小值。在DSB-ASK調(diào)制方式下，基帶編碼和脈沖信號同樣也經(jīng)過希爾伯特濾波器產(chǎn)生一個復(fù)合的I，Q信號。所不同的是脈沖成型信號預(yù)先進行了扭曲，這樣可以補償調(diào)幅傳遞函數(shù)中的非線性。這個經(jīng)過預(yù)先扭曲的調(diào)幅控制信號經(jīng)過工-△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，最后通過天線發(fā)射出去?；诠β室蠛驼{(diào)制方式的不同，R1000有全功率非線性，低功率非線性和線性3種發(fā)射模式。在DSB-ASK調(diào)制模式下°R1000采用全功率非線性發(fā)射模式。為了發(fā)射R1000允許的天線上最大發(fā)射功率值為+30dBm，需在R1000外部接1個PA采用class—C極化調(diào)制能夠提高系統(tǒng)的功率效率。在這種發(fā)射方式下，只有在DSB—ASK調(diào)制方式才有效。低功率非線性發(fā)射模式與全功率非線性發(fā)射模式相似，只是外部不再需要PA.相反，只使用內(nèi)部較低的輸出功率，在這種發(fā)射方式下只有DSB—ASK調(diào)制方式有效。在線性發(fā)射模式下，R1000的PA—out信號與外部線性PA相連，這是因為SSB—ASK調(diào)制方式要求1個線性的PA.需要指出的是在R1000外部接1個PA時，會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，但同時放大了傳輸信號的功率，使信號傳輸距離更遠(yuǎn)，提高了讀寫器的讀寫距離?；贑超高頻RFID技術(shù)而生產(chǎn)的北京旭航電子新技術(shù)有限公司的電子封印，將半導(dǎo)體芯片與普通封印整合為一提，形成具有安全、防偽的智能封印；洗脫液計算機的廣泛普及及應(yīng)用，通過智能封印管理系統(tǒng)對封印實現(xiàn)電子化、信息化管理，完善計量部門日常對封印的巡檢監(jiān)督監(jiān)察。1.3天線對IntelR1000超高頻收發(fā)器，基于不同的天線子系統(tǒng)，天線有兩種配置情況。第一種情況是單天線模式。在這種情況下，用一個回路來隔離發(fā)射路徑和接收路徑，每根天線都具備接收器和發(fā)射器的功能。第二種情況是雙天線模式。同樣用分離的天線將接收器和發(fā)射器連接起來，通常情況下，兩根獨立的天線由一個開關(guān)控制，每根天線僅具備接收器功能或發(fā)射器功能。對單天線模式，因天線的反射系數(shù)并不理想，所以接收增益不能太大，會有飽和的問題。以R1000的高接收靈敏度，可以搭配-10dB左右的Coupler，視整體線路的隔離而定；對于雙天線模式，天線的收發(fā)隔離比較理想，接收路徑可以使用高增益。該設(shè)計采用雙天線模式，用矩形微帶天線和同軸電纜構(gòu)成讀寫器的天線。該微帶天線的基板材料采用介電常數(shù)比較高的陶瓷基片，厚0.635mm.天線寬為70.5mm，長為52.689mm，微帶線寬度為0.598