RFID系統(tǒng)通常主要由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、天線(xiàn)3部分組成。讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行操作，并將所獲得的電子標(biāo)簽信息反饋給PC機(jī)。射頻識(shí)別技術(shù)以其的優(yōu)勢(shì)，逐漸被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運(yùn)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(lèi)。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(diǎn)，更適合未來(lái)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(jià)格也有所下降;但RFID超高頻讀寫(xiě)器卻有變得更大，更復(fù)雜和更昂貴的趨勢(shì)，其消耗能量將更多，制造元件達(dá)數(shù)百個(gè)之多。然而，這里的設(shè)計(jì)采用高度集成的R1000，可以解決上述問(wèn)題，既可降低芯片設(shè)計(jì)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(xiě)器，從而開(kāi)拓新的RFID應(yīng)用領(lǐng)域。
 

　　1、讀寫(xiě)器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 

　　該設(shè)計(jì)選用W78E465作為主控模塊，IntelR1000收發(fā)器作為射頻模塊。該設(shè)計(jì)可以作為手持終端，并用RS 232串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換接口MAX232與上位機(jī)相連。系統(tǒng)硬件原理見(jiàn)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(jí)。
 

　　它的指令集與標(biāo)準(zhǔn)8052指令集兼容。W78E365包含64KB的主ROM，4 KB的輔助FLASH EPROM，256B片內(nèi)RAM;4個(gè)8位雙向、可位尋址的I/0口;一個(gè)附加的4位I/O口P4;3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器及1個(gè)串行口。這些外圍設(shè)備都由有9個(gè)中斷源和4級(jí)中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶(hù)進(jìn)行編程和驗(yàn)證，W78E365內(nèi)含的ROM允許電編程和電讀寫(xiě)。一旦代碼確定后，用戶(hù)就可以對(duì)代碼進(jìn)行保護(hù)。
 

　　W78E365內(nèi)部ROM僅64 KB，內(nèi)存太小，故采用AT29C256作為外擴(kuò)ROM.線(xiàn)路連接見(jiàn)圖2
 

　　1.2 收發(fā)模塊
 

　　射頻模塊采用Intel R1000收發(fā)器。R1000內(nèi)包含了一個(gè)能源擴(kuò)大器，使得它可以在近距離或者2 m內(nèi)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行編碼和閱讀，而具體距離由讀寫(xiě)器所使用的天線(xiàn)決定。有了額外的外部能源擴(kuò)大器，使用R1000讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍可以達(dá)到10 m.R1000必須與單獨(dú)的微處理器連接，這個(gè)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860～960 MHz，共有56個(gè)引腳，采用0.18μmSiGe BiCMOs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(jiàn)圖3.射頻信號(hào)經(jīng)天線(xiàn)進(jìn)入電橋，輸出信號(hào)被分為兩路，一路信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器和不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進(jìn)入R1000的射頻輸入口。另一路信號(hào)經(jīng)不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進(jìn)人R1000的本振輸入口。這兩路信號(hào)在R1000內(nèi)部經(jīng)過(guò)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(duì)收到的信號(hào)經(jīng)解碼和校驗(yàn)，將所得信息送往上位機(jī)，并將其對(duì)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(guò)調(diào)制和PA，再經(jīng)過(guò)平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換和濾波，由天線(xiàn)發(fā)射出去。數(shù)字模塊中的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)來(lái)自于外部TCXO產(chǎn)生的24 MHz參考頻率。
 

　　系統(tǒng)中通過(guò)∑-△DACS的信號(hào)頻率為24 MHz;通過(guò)∑-△ADCS的信號(hào)頻率為48 MHz。
 

　　R1000內(nèi)部集成了接收器和發(fā)射器。實(shí)質(zhì)上，接收器是一個(gè)零中頻接收機(jī)。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(mǎn)足大范圍的數(shù)字通過(guò)率。該濾波器可以配置成兩個(gè)實(shí)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(hào)被數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。濾波器中自動(dòng)中頻增益的升高會(huì)降低模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)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(hào)，經(jīng)過(guò)∑一△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和重建濾波器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
 

　　在SSB-ASK調(diào)制方式下，基帶編碼信號(hào)經(jīng)希爾伯特濾波器產(chǎn)生復(fù)合的同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q，經(jīng)∑-△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將I，Q數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，進(jìn)入模擬模塊，該模擬信號(hào)經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。在PR-ASK調(diào)制方式下，用混頻器將信號(hào)反相彌補(bǔ)AM部分的時(shí)延，反相時(shí)延控制有一個(gè)可編程時(shí)延，使極化調(diào)制的相位與幅度之問(wèn)的時(shí)間錯(cuò)誤趨于最小值。在DSB-ASK調(diào)制方式下，基帶編碼和脈沖信號(hào)同樣也經(jīng)過(guò)希爾伯特濾波器產(chǎn)生一個(gè)復(fù)合的I，Q信號(hào)。所不同的是脈沖成型信號(hào)預(yù)行了扭曲，這樣可以補(bǔ)償調(diào)幅傳遞函數(shù)中的非線(xiàn)性。這個(gè)經(jīng)過(guò)預(yù)先扭曲的調(diào)幅控制信號(hào)經(jīng)過(guò)∑-△數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。
 

　　基于功率要求和調(diào)制方式的不同，R1000有全功率非線(xiàn)性，低功率非線(xiàn)性和線(xiàn)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(xiàn)性發(fā)射模式。為了發(fā)射R1000允許的天線(xiàn)上發(fā)射功率值為+30dBm，需在R1000外部接1個(gè)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(xiàn)性發(fā)射模式與全功率非線(xiàn)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(xiàn)性發(fā)射模式下，R1000的PA—out信號(hào)與外部線(xiàn)性PA相連，這是因?yàn)镾SB—ASK調(diào)制方式要求1個(gè)線(xiàn)性的PA.需要指出的是在R1000外部接1個(gè)PA時(shí)，會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，但同時(shí)放大了傳輸信號(hào)的功率，使信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)，提高了讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)距離。
 

　　基于C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(jì)算機(jī)的廣泛普及及應(yīng)用，通過(guò)智能封印管理系統(tǒng)對(duì)封印實(shí)現(xiàn)電子化、信息化管理，完善計(jì)量部門(mén)日常對(duì)封印的巡檢監(jiān)督監(jiān)察。
 

　　1.3 天線(xiàn)
 

　　對(duì)Intel R1000超高頻收發(fā)器，基于不同的天線(xiàn)子系統(tǒng)，天線(xiàn)有兩種配置情況。種情況是單天線(xiàn)模式。在這種情況下，用一個(gè)回路來(lái)隔離發(fā)射路徑和接收路徑，每根天線(xiàn)都具備接收器和發(fā)射器的功能。第二種情況是雙天線(xiàn)模式。同樣用分離的天線(xiàn)將接收器和發(fā)射器連接起來(lái)，通常情況下，兩根獨(dú)立的天線(xiàn)由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，每根天線(xiàn)僅具備接收器功能或發(fā)射器功能。
 

　　對(duì)單天線(xiàn)模式，因天線(xiàn)的反射系數(shù)并不理想，所以接收增益不能太大，會(huì)有飽和的問(wèn)題。以R1000的高接收靈敏度，可以搭配-10 dB左右的Coupler，視整體線(xiàn)路的隔離而定;對(duì)于雙天線(xiàn)模式，天線(xiàn)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(jì)采用雙天線(xiàn)模式，用矩形微帶天線(xiàn)和同軸電纜構(gòu)成讀寫(xiě)器的天線(xiàn)。該微帶天線(xiàn)的基板材料采用介電常數(shù)比較高的陶瓷基片，厚0.635 mm.天線(xiàn)寬為70.5 mm，長(zhǎng)為52.689 mm，微帶線(xiàn)寬度為0.598 mm，饋電點(diǎn)選取在天線(xiàn)寬邊中心。經(jīng)過(guò)ADS仿真，該天線(xiàn)中心頻率為915 MHz.為減小天線(xiàn)反射系數(shù)，達(dá)到較理想的匹配，對(duì)天線(xiàn)串聯(lián)一根長(zhǎng)度為18.471 mm，阻值為50Ω的傳輸線(xiàn)，然后再并聯(lián)一根長(zhǎng)度為24.678 mm，阻值為50Ω的傳輸線(xiàn)。經(jīng)ADS仿真優(yōu)化得知，在中心頻率915 MHz處，天線(xiàn)輻射方向上的方向性系數(shù)為3.535;效率為40.087%;增益為1.417。