基于Intel R2000的UHF RFID讀寫(xiě)器的設計

摘要：設計出一種超高射頻識別系統(UHF RFID)讀寫(xiě)器設計的新方案。該讀寫(xiě)器采用了Intel R2000收發(fā)器芯片、AT91SAM7S256微控器，方案符合lSO 18000-6C和EPC global Gen2標準，工作頻率為840～960 MHz，標簽識別距離可達10 m。重點(diǎn)給出了讀寫(xiě)器硬件系統組成和軟件工作流程，同時(shí)介紹了相關(guān)射頻電路。
關(guān)鍵詞：射頻識別；超高頻；ISO 18000-6C；R2000

0 引言
近年來(lái)興起的射頻識別技術(shù)(RFID)是以無(wú)線(xiàn)電磁波信號通過(guò)近場(chǎng)或遠場(chǎng)方式與標簽交換能量與信息，實(shí)現識別目的的技術(shù)，具有數據容量大、無(wú)需接觸讀寫(xiě)、保密性高、壽命長(cháng)、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理以及物流管理等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。按工作頻段，RFID系統可分為低頻、高頻、超高頻和微波等幾類(lèi)。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(yōu)點(diǎn)，更適合未來(lái)物流、供應鏈領(lǐng)域的應用，也為實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)提供了可能。
本文介紹了一種新型UHF頻段RFID讀寫(xiě)器設計方案。該讀寫(xiě)器是基于Intel R2000芯片、以AT91SAM7S256為微控制器，符合ISO 18000-6C和EPC global Gen2標準。與傳統超高頻RFID系統相比，該方案簡(jiǎn)化了設計過(guò)程、減小了讀寫(xiě)器體積、降低了生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

1 讀寫(xiě)器系統框圖
基于R2000的讀寫(xiě)器系統結構如圖1所示，其中控制器采用ARM7內核處理器，除了R2000的一些必要外圍元件，系統和天線(xiàn)之間必須加環(huán)行器以滿(mǎn)足單天線(xiàn)應用，TX口還必須加功放模塊。根據讀寫(xiě)器的系統框圖，主要器件選型如下：

1．1 RFID寬頻環(huán)行器HYG504XX
作為單天線(xiàn)應用的收發(fā)隔離，環(huán)形器一般用亞鐵磁性復合材料制成，這種材料具有各向異性的特點(diǎn)，環(huán)形器為三端口器件，端口1為輸入，端口2為輸出，端口3為隔離端口，能量幾乎不能穿過(guò)，以此類(lèi)推，一般UHF讀寫(xiě)器上用環(huán)形器使信號按順時(shí)針?lè )较蛄魍?，當端?為T(mén)X輸出時(shí)，RF信號會(huì )從端口2流過(guò)，而端口3即RX端口為隔離端，具體隔離度需參考器件參數和LAYOUT效果；相反，當端口2作為收發(fā)復用端接收信號時(shí)，信號會(huì )按順時(shí)針?lè )较蜻M(jìn)入端口3，此時(shí)泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影響著(zhù)接收機靈敏度即實(shí)際識別效果，因此需根據接收端LNA參數，在RX端加衰減器對TX泄露信號進(jìn)行有效隔離，但由此產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，因為RX接收的有用信號本身就很少，在進(jìn)行TX端泄露信號衰減的同時(shí)，RX端有用信號也被進(jìn)一步削弱，因此也會(huì )影響到LNA的接收，因此，用環(huán)形器做收發(fā)隔離只能在一定程度上產(chǎn)生效果，對于TX輸出功率給定且：ERP不超過(guò)相關(guān)規定的情況下，要提高接收機靈敏度，必須考慮增大收發(fā)兩路的隔離度，視具體需求而定。
1．2 射頻開(kāi)關(guān)HMC174
用來(lái)控制射頻輸出的通斷。在900 MHz頻段內，輸入的1 dB壓縮點(diǎn)可以達到39 dBm，充分保證了HMC174可以承受輸入很高的射頻功率。輸入3階截取點(diǎn)可達到60 dBm，而前一級頻率合成器的輸出功率在3 dBm以?xún)?，因而保證了信號通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)后的高線(xiàn)性度，最大限度地減少了射頻信號的失真。
1．3 射頻功率放大器PF01411B
PF01411B用做放大R2000的TX端輸出信號，使其滿(mǎn)足最大功率的輸出要求。PF01411B的主要特性為：高增益：三級放大，輸入功率0 dBm；高效率：輸出功率在35．5dBm時(shí)可達45％；增益控制范圍寬：典型值可達70dB。
1．4 射頻數控衰減器HMC273
HMC273用做衰減R2000的TX端輸出信號，功率校正用。
1．5 Impinj Indy R2000 UHF RFID讀寫(xiě)器芯片
R2000是新一代UHF頻段RFID讀寫(xiě)器SoC芯片，符合EPC global UHF Class 1 Gen 2／ISO 18000-6C國際標準，內部集成ASK調制解調器、濾波器、功放、FPGA等模塊。
1．6 微處理單元AT91SAM7S256
該器件是32位微控制器，大大提升了微控制器的實(shí)時(shí)性能，整合了全套安全運行功能，包括由片上RC振蕩器計時(shí)的監視器、電源以及閃存的硬件保護等。此外，該器件在最差條件下可以30 MHz的速度進(jìn)行單時(shí)鐘周期訪(fǎng)問(wèn)。