RFID读写器有哪几部分构成?
读写器的基本组成包括射频模块(高频接口)、逻辑控制模块和天线三部分。射频模块包含射频接收器和射频发送器,控制系统通常采用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)组件和微处理器来实现其相应功能。
射频模块
射频模块是rfid读写器的射频前端,主要负责射频信号的发射及接收。射频模块完成如下功能。
由射频振荡器产生射频能量,射频能量的一部分用于读写器,另一部分通过天线发送给电子标签,激活无源电子标签并为其提供能量。将发送给电子标签的信号调制到读写器载频信号上,形成已调制的发射信号,经读写器天线发射出去。将电子标签返回给读写器的回波信号解调,提取出电子标签发送的信号,并将电子标签信号进行放大处理。
读写器的发射相关电路主要由调制电路、可变增益放大器、振荡器等组成,石英晶体振荡器产生系统载波频率,并馈送到由已经编码(如Manchester、改进型Miller)的基带信号控制的调制级,进行ASK调制,然后根据控制单元的微处理器发出的控制信号来选择可变增益放大器的增益,以确保输出耦合到天线上的磁场强度能够在各标准允许的范围内切换,最后根据实际天线使用情况,设计相应的匹配电路。
在读写器接收部分,从天线耦合的负载调制信号首先进入一个选择控制电路,根据控制单元的微处理器发出的控制信号来选择下一步的带通滤波器和解调器。最后,解调后的信号通过电压比较电路后送入解码电路。
RFID读写器的逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心,一般是由微处理器、时钟电路、应用接口以及电源组成的。读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令,射频接口模块按照指令做出相应操作。逻辑控制模块可以接收射频模块传输的信号,译码后获得电子标签内信息,或将要写入标签的信息编码后传输给射频模块,完成写标签操作;还可以通过标准接口将标签内容和其他的信息传输给外部设备。逻辑控制模块实现如下功能。
对读写器和电子标签的身份进行验证。
控制读写器与电子标签之间的通信过程。
对读写器与电子标签之间传输的数据进行加密和解密。
实现与后端应用程序之间的接口规范。
执行防碰撞算法,实现多标签识别功能。
随着微电子技术的发展,人们越来越多地采用数字信号处理器(DSP)来设计读写器。以控制处理模块作为DSP核心,辅以必要的附属电路,将基带信号处理和控制软件化。随着DSP版本的升级,读写器还可以实现对不同协议电子标签的兼容。
读写器与后端应用系统之间的数据交换通道可采用串口RS-232或RS-485,也可以采用以太网接口,还可以采用WLAN IEEE 802.11等无线接口。目前的趋势是集成多通信接口方式,甚至包括GSM、GPRS、CDMA等无线通信接口。
天线模块
读写器天线的作用是发射电磁能量以激活电子标签,并向电子标签发出指令,同时也要接收来自电子标签的信息。可以说,读写器天线所形成的电磁场范围就是RFID系统的可读区域。任意RFID系统至少应该包含一根天线,用来发射或接收射频信号。有些RFID系统是用同一天线来完成发射和接收的,但也有些RFID系统由一根天线来完成发射,而由另一根天线来完成接收,所采用的天线的形式及数量应视具体应用而定。在电感耦合射频识别系统中,读写器天线用于产生磁通量,磁通量用于向射频标签提供能量,并在读写器和射频标签之间传输信息。因此,读写器天线的设计和选择就必须满足以下基本条件。
天线线圈的电流最大,用于产生最大的磁通量。
功率匹配,以最大程度地利用磁通量的可用能量。
足够的带宽,保证载波信号的传输,这些信号是用数字信号调制而成的。
要求低剖面、小型化,读写器由于结构、安装和使用环境等变化多样,读写器产品正朝着小型化方向发展。
目前,RFID读写器的天线主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型三种基本形式。其中小于1 m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要适合工作在中低频段;而在1 m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型天线,这些类型的天线工作在高频及微波频段。
读写器天线可以外置也可以内置。对于近距离RFID系统(如13.56 MHz小于10 cm的识别系统),天线一般和读写器集成在一起;而对于远距离RFID系统(如UHF频段大于3 m的识别系统),天线和读写器常采取分离式结构,通过阻抗匹配的同轴电缆将读写器和天线连接到一起。与电子标签不同的是,读写器天线一般无尺寸要求,可选择的种类较多。