發布日期：2022-05-20 點擊率：48
RFID系統通常主要由電子標簽、讀寫器、天線3部分組成。讀寫器對電子標簽進行操作，并將所獲得的電子標簽信息反饋給PC機。射頻識別技術以其獨特的優勢，逐漸被廣泛應用于生產、物流、交通運輸、防偽、跟蹤及軍事等方面。按工作頻段不同，RFID系統可以分為低頻、高頻、超高頻和微波等幾類。目前，大多數RFID系統為低頻和高頻系統，但超高頻頻段的RFID系統具有操作距離遠，通信速度快，成本低，尺寸小等優點，更適合未來物流、供應鏈領域的應用。盡管目前，RFID超高頻技術的發展已比較成熟，也已經有了一些標準，標簽的價格也有所下降;但RFID超高頻讀寫器卻有變得更大，更復雜和更昂貴的趨勢，其消耗能量將更多，制造元件達數百個之多。然而，這里的設計采用高度集成的R1000，可以解決上述問題，既可降低芯片設計中的復雜性和生產成本，又能使制造商制造出體積更小，更有創新性的讀寫器，從而開拓新的RFID應用領域。
1、讀寫器硬件結構設計
該設計選用W78E465作為主控模塊，IntelR1000收發器作為射頻模塊。該設計可以作為手持終端，并用RS 232串行通信模塊和電平轉換接口MAX232與上位機相連。系統硬件原理見圖1。
1.1 主控模塊
W78E365是具有帶ISP功能的FLASH EPROM的低功耗8位微控制器，可用于固件升級。
它的指令集與標準8052指令集完全兼容。W78E365包含64KB的主ROM，4 KB的輔助FLASH EPROM，256B片內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/計數器及1個串行口。這些外圍設備都由有9個中斷源和4級中斷能力的中斷系統支持。為了方便用戶進行編程和驗證，W78E365內含的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內部ROM僅64 KB，內存太小，故采用AT29C256作為外擴ROM.線路連接見圖2
1.2 收發模塊
射頻模塊采用Intel R1000收發器。R1000內包含了一個能源擴大器，使得它可以在近距離或者2 m內對標簽進行編碼和閱讀，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到10 m.R1000必須與單獨的微處理器連接，這個微處理器可以把由R1000數字信息處理器產生的原始數據轉換成EPc或者18000-6c格式的代碼，其工作頻率為860～960 MHz，共有56個引腳，采用0.18μmSiGe BiCMOs先進工藝，體積僅為8 mm×8 mm，功耗只有1.5 w左右，具有很高的集成度。
R1000與W78E365的連接見圖3.射頻信號經天線進入電橋，輸出信號被分為兩路，一路信號經過帶通濾波器和不平衡到平衡的轉換進入R1000的射頻輸入口。另一路信號經不平衡到平衡的轉換進人R1000的本振輸入口。這兩路信號在R1000內部經過解調和模/數轉換等一系列操作后，將所得的數字信息送給W78E365.W78E365對收到的信號經解碼和校驗，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送給R1000.這些命令在R1000內部經過調制和PA，再經過平衡到不平衡的轉換和濾波，由天線發射出去。數字模塊中的時鐘驅動來自于外部TCXO產生的24 MHz參考頻率。
系統中通過∑-△DACS的信號頻率為24 MHz;通過∑-△ADCS的信號頻率為48 MHz。
R1000內部集成了接收器和發射器。實質上，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，也可以配置成復雜的單相帶通濾波器。經濾波后，I，Q信號被數/模轉換器轉換成數字信號。濾波器中自動中頻增益的升高會降低模/數轉換器的動態范圍。
R1000中，發射器支持同相正交矢量調制和極化調制。前者，用于SSB-ASK調制和反相幅移鍵控調制;后者，用于DSB-ASK.在這兩種調制方式下，數字模塊產生的信號，經過∑一△數/模轉換器和重建濾波器轉換成模擬信號。
在SSB-ASK調制方式下，基帶編碼信號經希爾伯特濾波器產生復合的同相信號I和正交信號Q，經∑-△數/模轉換器將I，Q數字信號轉換成模擬信號，進入模擬模塊，該模擬信號經天線發射出去。在PR-ASK調制方式下，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，使極化調制的相位與幅度之問的時間錯誤趨于最小值。在DSB-ASK調制方式下，基帶編碼和脈沖信號同樣也經過希爾伯特濾波器產生一個復合的I，Q信號。所不同的是脈沖成型信號預先進行了扭曲，這樣可以補償調幅傳遞函數中的非線性。這個經過預先扭曲的調幅控制信號經過∑-△數/模轉換器轉換成模擬信號，最后通過天線發射出去。
基于功率要求和調制方式的不同，R1000有全功率非線性，低功率非線性和線性3種發射模式。在DSB-ASK調制模式下。R1000采用全功率非線性發射模式。為了發射R1000允許的天線上最大發射功率值為+30dBm，需在R1000外部接1個PA.采用class—C極化調制能夠提高系統的功率效率。在這種發射方式下，只有在DSB—ASK調制方式才有效。低功率非線性發射模式與全功率非線性發射模式相似，只是外部不再需要PA.相反，只使用內部較低的輸出功率，在這種發射方式下只有DSB—ASK調制方式有效。在線性發射模式下，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，會增加系統的復雜度，但同時放大了傳輸信號的功率，使信號傳輸距離更遠，提高了讀寫器的讀寫距離。
基于C超高頻RFID技術而生產的北京旭航電子新技術有限公司的電子封印，將半導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用，通過智能封印管理系統對封印實現電子化、信息化管理，完善計量部門日常對封印的巡檢監督監察。
1.3 天線
對Intel R1000超高頻收發器，基于不同的天線子系統，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射路徑和接收路徑，每根天線都具備接收器和發射器的功能。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射器連接起來，通常情況下，兩根獨立的天線由一個開關控制，每根天線僅具備接收器功能或發射器功能。
對單天線模式，因天線的反射系數并不理想，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-10 dB左右的Coupler，視整體線路的隔離而定;對于雙天線模式，天線的收發隔離比較理想，接收路徑可以使用高增益。
該設計采用雙天線模式，用矩形微帶天線和同軸電纜構成讀寫器的天線。該微帶天線的基板材料采用介電常數比較高的陶瓷基片，厚0.635 mm.天線寬為70.5 mm，長為52.689 mm，微帶線寬度為0.598 mm，饋電點選取在天線寬邊中心。經過ADS仿真，該天線中心頻率為915 MHz.為減小天線反射系數，達到較理想的匹配，對天線串聯一根長度為18.471 mm，阻值為50Ω的傳輸線，然后再并聯一根長度為24.678 mm，阻值為50Ω的傳輸線。經ADS仿真優化得知，在中心頻率915 MHz處，天線最大輻射方向上的方向性系數為3.535;效率為40.087%;增益為1.417。
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