CN101101626B - 一种应用于射频识别***的阅读器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于射频识别(RFID)***的高度集成的低成本阅读器，包括发射器，用于生成出站射频(RF)信号；接收器，用于接收进站RF信号，其中，进站RF信号的频率接近于出站RF信号的频率，该发射器和接收器设置在单独一块集成电路上。由于进站RF信号可能不仅包括RFID标签响应出站RF信号而生成的调制RF信号，还包括对应于出站RF信号的阻塞信号，因此，接收器还包括阻塞消除模块，用于在对调制RF信号进行降频之前，使用出站RF信号来消除进站RF信号中的阻塞信号，并让调制RF信号通过。

Description

一种应用于射频识别***的阅读器及其操作方法
技术领域
本发明涉及射频识别(RFID)***，更具体地说，涉及一种RFID阅读器。
背景技术
射频识别(RFID)***通常包括阅读器(也称为询问器)和远端标签(也称为应答器)。每个标签上都存储有用于识别某个人、某商品、某箱包或其它物品的标识性数据。RFID***可使用包含内置电源如电池的有源标签，和/或不包含内置电源的无源标签，无源标签由阅读器进行远程供电。
阅读器和远端标签之间的通信通过射频(RF)信号来实现。通常，要想访问存储在RFID标签上的标识数据，RFID阅读器首先生成调制RF询问信号，激发标签发出调制RF响应。这个来自标签的RF响应包含存储在RFID标签上的编码标识数据。RFID对该编码标识数据进行解码，以此来识别带有该RFID标签的某个人、某商品、某箱包或其它物体。对无源标签而言，RFID阅读器还会生成未经调制的连续波(CW)信号，以激活标签并在数据传输过程中为其供电。
通常，RFID***既可以使用远场技术(阅读器和标签之间的距离比载波信号的波长大)，也可以使用近场技术(操作距离小于载波信号的波长)来实现RFID阅读器和RFID标签之间的通信。在远场应用中，RFID阅读器生成RF信号，并通过天线将RF信号发往该天线覆盖范围内的所有标签。收到该RF信号的一个或多个标签使用反向散射技术对阅读器进行响应，对收到的RF信号进行调制，然后将其反射回去。在近场应用中，RFID阅读器和标签采用互感方式在彼此之间进行通信。
现有的RFID阅读器通常由独立的分立元件构成，其接口是明确定义的。例如，RFID阅读器可包括在一块CMOS集成电路上实现的控制器或微处理器，和在另外一块或多块CMOS、BiCMOS或GaAs集成电路上实现的射频模块，这些集成电路是经过专门设计的，以在特定技术(例如近场或远场)中达到最佳信号处理效果。然而，这种由分立元件组成的RFID阅读器非常昂贵，这就限制了RFID***的推广应用。此外，目前存在多种不同的RFID标准，每种标准都定义了不同的协议来实现阅读器和标签之间的通信。RFID阅读器的这种分立设计方法限制了阅读器对多种标准的处理能力。
因此，需要一种高度集成的低成本RFID阅读器，和一种多标准RFID阅读器。
发明内容
本发明提供的设备和方法在附图说明、具体实施方式和权利要求中进行了描述。
根据本发明的一个方面，提供一种应用于射频识别***的阅读器，包括：
发射器，用于生成出站射频(RF)信号；
接收器，用于接收在频率上接近于所述出站RF信号频率的进站RF信号，所述进站RF信号包括对应于所述出站RF信号的阻塞信号(blocking signal)和响应所述出站RF信号而生成的调制RF信号，所述接收器包括：
低噪声放大器，用于放大所述进站RF信号，生成放大的进站RF信号；
阻塞消除模块(block cancellation module)，用于从所述发射器接收所述出站RF信号，并使用所述出站RF信号从所述放大的进站RF信号中基本上消除所述阻塞信号，以使所述调制RF信号基本上通过；
降频模块，用于将所述调制RF信号转换为近基带信号；
数字化模块，用于将所述近基带信号转换为数字基带信号；
处理模块，用于将所述数字基带信号转换为进站数字符号。
作为优选，所述阅读器集成在一块单独的芯片上。
作为优选，所述发射器包括第一功率放大器，用于放大所述出站RF信号，所述阻塞消除模块可从所述第一功率放大器的输出端或输入端接收所述出站RF信号，所述发射器还包括：
天线，用于接收所述进站RF信号及发射所述出站RF信号。
作为优选，所述发射器包括第二功率放大器，用于接收所述出站RF信号，生成放大的出站RF信号，所述阻塞消除模块可从所述第二功率放大器的输出端或输入端接收所述出站RF信号，所述发射器还包括：
线圈，用于接收所述放大的出站RF信号，通过生成磁场并调制所述磁场的强度来发射所述放大出站RF信号。
作为优选，所述出站RF信号在第一时间段内为调制RF信号，在第二时间段内为未调制连续波RF信号。
作为优选，所述阅读器在CMOS集成电路上实现，所述发射器包括：
多个功率放大器，其中的每一个都用于接收各自的部分出站RF信号，并对其进行放大，生成对应的放大的部分出站RF信号；
功率控制器，用于将每个所述功率放大器的功率控制在所述CMOS集成电路正常工作范围内。
作为优选，所述发射器进一步包括：
合并负载，用于将所述放大的部分出站RF信号合并，以生成所述出站RF信号。
作为优选，所述发射器进一步包括：
天线阵列，其包括多根天线，每根天线用于接收各自的放大的部分出站RF信号，以及发射所述各自的放大的部分出站RF信号，以通过空中接口对这些放大的部分出站RF信号进行合并，生成所述出站RF信号。
作为优选，所述发射器进一步包括：
相位分布控制器，其与所述功率放大器相连，用于控制每个所述放大的部分出站RF信号的相位。
作为优选，每个所述功率放大器进一步包括：
多个功率放大器，其中的每一个都用于接收各自的子部分出站RF信号，并将其放大，生成对应的放大的子部分出站RF信号；
合并负载，用于将所述放大的子部分出站RF信号合并，生成所述放大的部分出站RF信号。
作为优选，所述功率放大器为非线性，所述功率控制器还用于调制(调整)供给每个所述功率放大器的功率，以生成调幅出站RF信号。
作为优选，所述数字化模块为限制器(limiter)或模数转换器。
作为优选，所述阻塞消除模块包括：
控制器，用于接收所述出站RF信号，并根据所述出站RF信号生成消除信号；
载波导入模块，用于接收所述进站RF信号和所述消除信号，使用所述消除信号基本上消除所述阻塞信号，并让所述调制RF信号基本上通过；
反馈环，用于根据所述调制RF信号控制所述消除信号。
作为优选，所述阅读器还包括：
主机接口：用于将所述阅读器连接到主机设备。
作为优选，所述阅读器还包括：
频率合成器，可生成多个频率的信号，并与所述发射器相连，生成所述多个频率中一个频率上的所述出站RF信号。
作为优选，所述处理模块中写有多种协议，所述处理模块使用多种协议中所选定的一种协议将所述数字基带信号转换为所述数字符号。
根据本发明的一个方面，提供一种操作射频识别***中的集成的阅读器的方法，包括：
生成出站射频(RF)信号；
接收在频率上接近于所述出站RF信号频率的进站RF信号，所述进站RF信号包括对应于所述出站RF信号的阻塞信号和响应所述出站RF信号而生成的调制RF信号；
放大所述进站RF信号，生成放大的进站RF信号；
使用所述出站RF信号从所述放大的进站RF信号中基本上消除所述阻塞信号，以使所述调制RF信号基本上通过；
将所述调制RF信号转换为近基带信号；
将所述近基带信号转换为数字基带信号；
将所述数字基带信号转换为进站数字符号。
作为优选，所述出站RF信号在第一时间段内为调制RF信号，在第二时间段内为未调制连续波RF信号。
作为优选，所述生成出站RF信号进一步包括：
接收多个部分出站RF信号；
放大每个所述部分出站RF信号，生成对应的放大的部分出站RF信号；
合并所述放大的部分出站RF信号，生成所述出站RF信号。
作为优选，所述生成出站RF信号进一步包括：
控制每个所述放大的部分出站RF信号的相位。
作为优选，所述生成出站RF信号进一步包括：
调制(调整)供给每个所述放大的部分出站RF信号的功率，生成调幅出站RF信号。
通过下面的具体实施方式并结合相关附图，本发明的其它特征和优点将变得更为清晰。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明的RFID***的结构示意图；
图2A和图2B是根据本发明的RFID阅读器的结构示意图；
图3A至图3D是根据本发明的RFID阅读器发射器的结构示意图；
图4A和图4B是根据本发明的RFID阅读器多天线发射器的结构示意图；
图5是根据本发明的RFID阅读器接收器的结构示意图；
图6是描述图5中阻塞消除模块的功能的一个实施例的示意图；
图7A和图7B是根据本发明的RFID阅读器的双模RF前端的结构示意图；
图8是根据本发明的RFID阅读器多频段合成器的结构示意图；
图9是根据本发明的RFID阅读器多标准处理器固件的功能示意图；
图10是根据本发明的RFID阅读器操作方法的流程图。
具体实施方式
图1是RFID(射频识别)***的结构示意图，该RFID***包括计算机/服务器12、多个RFID阅读器14-18和多个RFID标签20-30。RFID标签20-30中的每一个都与特定目标物(object)相关联，可用于实现多种目的，例如但不限于，追踪存货、追踪状态、位置确定、装配进度(assembly progress)等。RFID标签可以是包含内置电源的有源装置，也可以是由RFID阅读器14-18供电的无源装置。
每一个RFID阅读器14-18都与其覆盖区域内的一个或多个RFID标签20-30进行无线通信。例如，RFID标签20和22位于RFID阅读器14的覆盖区域内，RFID标签24和26位于RFID阅读器16的覆盖区域内，RFID标签28和30位于RFID阅读器18的覆盖区域内。在一个实施例中，RFID阅读器14-18与RFID标签20-30之间的RF通信方法采用反向散射技术，其中，RFID阅读器14-18通过RF信号向RFID标签20-30请求数据，RFID标签20-30响应其所请求的数据，对RFID阅读器14-18发来的RF信号进行调制，然后将其反向散射(backscattering)。在另一实施例中，RFID阅读器14-18与RFID标签20-30之间的通信方法采用感应技术，其中，RFID阅读器14-18通过RF信号以磁耦合方式连接到RFID标签20-30，以此来访问存储在RFID标签20-30上的数据。在这两个实施例中，RFID标签20-30都在与该RF信号相同的RF载波频率上向RFID阅读器14-18发送其所请求的数据。
在这种方式中，RFID阅读器14-18从其覆盖区域内的每个RFID标签20-30中采集计算机/服务器12可能请求的数据。采集到的数据随后通过有线或无线连接32，和/或通过点对点通信34传送给计算机/服务器12。此外，和/或作为选择，计算机/服务器12还可通过相关的RFID阅读器14-18将数据发往RFID标签20-30之中的一个或多个标签。这种下载的信息是与应用有关的，内容上可能是千差万别的。在收到下载的数据后，RFID标签可将这些数据存储在非易失性存储器中。
如上所述，RFID阅读器14-18还可使用点对点方式随意通信，这样一来，每个RFID阅读器就不需要使用到计算机/服务器12的单独的有线或无线连接32了。例如，RFID阅读器14和RFID阅读器16可使用反向散射技术、无线LAN技术和/或其它无线通信技术，以点对点方式进行通信。在这种情况下，RFID阅读器16可不具备到计算机/服务器12的有线或无线连接32。而在有些实施例中，RFID阅读器16和计算机/服务器12之间的通信通过有线或无线连接32传送，该有线或无线连接32可使用任意有线标准(例如以太网、火线等)和/或无线通信标准(例如IEEE 802.11x、蓝牙等)。
本领域的技术人员应了解，可对图1中的RFID***进行扩展，使其包括分布在所需位置(例如建筑物、办公场所等)范围内的众多RFID阅读器14-18，而RFID标签可与设备、存货、人员等相关联。此外，应注意，计算机/服务器12还可连接到另一服务器和/或网络连接，以便能够提供广域网覆盖。
图2A和图2B是RFID阅读器14-18的结构示意图，该阅读器包括集成电路56，并可进一步包括主机接口模块54。通过将RFID阅读器14-18集成到单独的集成电路56上，RFID阅读器14-18的成本明显降低。如图2A和图2B所示，集成电路56包括协议处理模块40、编码模块42、RF前端46、数字化模块48、预解码模块50和解码模块52，所有这些共同构成了RFID阅读器14-18的基本组件。在图2A中，集成电路56还包括数模转换器(DAC)44，而在图2B中，DAC 44被从发射路径中移除。因此，在图2B中，RF前端46中的功率放大器接受(take)数字功率控制输入。主机接口模块54可包括到主机设备的通信接口，如USB适配器、袖珍闪存或PCMCIA。
协议处理模块40用于对数据进行必要准备，以便随后依照特定RFID标准化协议对其进行编码。在一个实施例中，协议处理模块40内写有多种RFID标准化协议，这便使RFID阅读器14-18可与任意RFID标签通信，无论该标签使用何种协议。在该实施例中，协议处理模块可依照当前正与RFID阅读器14-18通信的标签所使用的特定RFID标准化协议对滤波器或其它组件如编码模块42、解码模块52、预解码模块50和RF前端46进行编程(program)。
在操作过程中，一旦选定采用某一特定RFID标准化协议与一个或多个RFID标签进行通信之后，协议处理模块40便生成将要发送给RFID标签的数据，并将其发往编码模块42，以便后者依照所选RFID标准化协议对其进行编码。例如但不限于，RFID协议可包括一种或多种线性编码方法，例如曼彻斯特编码、FMO编码、FM1编码等。此后，在如图2A所示的在集成电路56中包含有DAC 44的实施例中，数字编码后的数据将发往数模转换器44，后者将数字编码后的数据转换为模拟信号。RF前端46对该模拟信号进行调制，生成特定载波频率上的RF信号，然后通过天线60发往一个或多个RFID标签。
RF前端46还具备发射阻塞(拦截)功能，这可使发射RF信号的能量不会干扰天线60对反向散射信号的接收，或对来自一个或多个RFID标签的其它RF信号的接收。在从一个或多个RFID标签收到RF信号后，RF前端46将收到的RF信号转换为基带信号。数字化模块48可以是限制模块或模数转换器，用于将收到的基带信号转换为数字信号。预解码模块50依照所用的特定RFID协议，将数字信号转换为编码信号。编码数据随后将发往解码模块52，后者依照所选RFID协议中的特定编码方法重获数据。协议处理模块40对恢复的数据进行处理，以此来识别与该RFID标签相关联的目标物(object)，和/或将恢复的数据发往服务器和/或计算机，以便进行进一步处理。
处理模块40可以是单独一个处理器件，也可以是多个处理器件。这种处理器件可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或可根据电路硬编码和/或操作指令来处理信号(模拟和/或数字)的其它器件。该处理模块可包含相关联的存储组件，该存储组件可以是单独一个存储器件、多个存储器件和/或嵌入所述处理模块中的电路。这种存储器件可以是只读存储器、随机访问存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、缓存和/或可存储数字信息的其它设备。需注意的是，当处理模块40通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路来实现其一种或多种功能时，存储对应操作指令的上述存储组件可内嵌于包含上述状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路之中，或位于该电路的外部。还应注意的是，该存储组件所存储的、将由处理模块40来执行的是对应于下面图3-图10中至少一部分步骤和/或功能的硬编码和/或操作指令。
图3A-图3D是根据本发明的RFID阅读器的示例性发射器100的结构示意图。首先来看图3A，发射器100包括处理模块40、编码模块42、合并和功率调整模块140、功率控制器130、合成器110、本地振荡生成器(LO GEN)120、功率放大器150、152和154，以及合并负载160。功率控制器130、合并和功率调整模块140、合成器110、LO GEN 120、功率放大器150、152和154，以及合并负载160构成发射器100的RF前端46。功率放大器150、152和154可以是线性的，也可以是非线性的。在图3A中，功率放大器150、152和154具有二阶矩阵控制，这使得可直接向功率放大器150、152和154提供数字编码数据。然而，在其它实施例中，功率放大器150、152和154接受的是模拟控制输入，例如在图3B中所示的，则在发射路径中包含DAC 44。
再来看图3A，处理模块40将数字数据43发往编码模块42，以便能够按上文所述，依照特定RFID标准化协议对其进行编码。如图3A所示，在使用非线性功率放大器150、152和154的实施例中，编码数据45随后将发往合并和功率调整模块140，在这里与功率控制器130生成的适当的功率变量(powervariable)135合并，生成功率优化信号138。该功率变量135控制着每个功率放大器150、152和154所产生的功率。该功率变量135的值至少部分地是由发射器所需输出功率、功率放大器150、152和154的数量，以及实现该RFID阅读器的集成电路的材料来决定的。例如，若发射器100所需输出功率为1瓦特，则这些功率放大器150、152和154上需要将10伏特电压。然而，在CMOS集成电路中，每个功率放大器150、152和154上只能承受2伏特的电压。因此，为生成总计为1瓦特的输出功率，需要将该功率分配到多个功率放大器150、152和154上，以便使每个功率放大器150、152和154的电压都不会超过2伏特。因此，虽未特别指出，但至少需要5个功率放大器150、152和154才能实现所需的1瓦特输出。
如图3A所示，总的功率被平均分配到功率放大器150、152和154上，这样一来，每个功率放大器150、152和154收到的都是相同的功率优化信号138。然而，在其它实施例中，还可使用其它方式将总功率分配到功率放大器150、152和154上，并同样使每个功率放大器150、152和154的功率保持在集成电路材料的正常工作范围内。功率放大器150、152和154的输出151、153和155将由合并负载160进行合并，产生出发射器100所需的总输出功率。
频率合成器110协同LO GEN 120生成所需频段上的同相(I)和正交(Q)RF载波信号125(下文称为本地振荡信号)。本地振荡信号125的频段与特定的RFID标准有关。例如，这些频段可包括860-960MHz、900-931.3MHz、13.56MHz和2.45GHz。如图3A所示，本地振荡信号125随后将输入到功率放大器150、152和154中，使用功率优化信号138进行放大和调幅。功率放大器150、152和154的输出151、153和155将由合并负载160进行合并，生成出站RF信号162，然后由天线60发射。
在包含无源RFID标签的示例性操作中，发射器100首先发射未调制连续波(CW)RF信号，来激活天线60覆盖区域内的所有无源标签，并向其供电。为生成CW信号，处理模块40启动功率控制器130和合成器110，但不会将任何数字数据43发往编码模块42。处理模块40还对功率控制器130和合成器的工作进行计时，以确保CW的发射时间足够长，以使标签能够收到来自发射器100的询问信号，进而对其解码，并进行响应。此后，发射器100生成调幅(AM)RF询问信号，并将其发往标签，向RFID标签请求数据。当AM信号的发射时间达到预定长度后，RF信号再次变回CW信号，以便向标签供电，使标签能够反向散射出所请求的数据。
来看图3C，在功率放大器150、152和154为线性放大器的实施例中，将在混频器144上使用本地振荡信号125对DAC 44生成的模拟信号47进行混频，以对模拟信号47进行升频，生成调制模拟信号128。在该实施例中，调制模拟信号128将输入到功率放大器150、152和154中进行放大，同时功率变量135也将直接发往功率放大器150、152和154，以便对每个功率放大器150、152和154的输出功率进行控制。在另一实施例中，如图3D所示，在功率放大器150、152和154之前，先进行I/Q调制。例如，这种I/Q调制方法可应用于从阅读器到标签的单边带(SSB)传输过程中。因此，如图3D所示，本地振荡信号的I和Q分量125a和125b将分别输入到混频器144a和144b中，用于分别对分别由DAC 44a和44b生成的I和Q模拟信号47a和47b混频，以对模拟信号47a和47b进行升频，生成调制模拟信号145a和145b。调制模拟信号145a和145b随后在合并节点146上合并，生成合并调制模拟信号128，然后输入到功率放大器150、152和154。
图4A和图4B是根据本发明的RFID阅读器多天线发射器100的结构示意图。在图4A和图4B中，可使用多根天线60和62来合并空中接口上的功率，以此来替代在发射前使用合并负载160合并功率。因此，在图4A和图4B中，每个天线60和62分别连接到相应的功率放大器150和152，功率放大器150和152又分别连接到合并和功率调整模块140和141。在图4A中，功率放大器150、152具有二阶矩阵控制，这使得可直接向功率放大器150、152发送数字编码数据。在图4B中，功率放大器150、152接受的是模拟控制输入，因此，在发射路径中包含DAC 44和49。
每个合并和功率调整模块140和141用于将数字信号45分别与功率控制器130生成的功率变量135和137合并，分别生成功率优化信号138和139。每个功率优化信号138和139(数字或模拟)将分别输入到功率放大器150和152中，用于对合成器110和LO GEN120生成的RF载波信号125进行调制和放大，分别生成放大的部分出站RF信号151和153。每个放大的部分出站RF信号151和153将分别发往天线60和62，以便通过空中接口进行发射和功率合并。在其它实施例中，每个功率放大器150和152都由多个图3所示配置的功率放大器组成。
在一个实施例中，天线60和62组成天线阵列，可支持波束成形和/或极化(例如圆极化或者跳(hopping)极化)。例如，如图4A和图4B所示，相位分布控制器170用于从LO GEN 120接收本地振荡信号125。相位分布控制器170生成相位控制RF信号172和174，然后将其分别发往功率放大器150和152，以此来分别控制天线60和62的相位。通过控制每根天线60和62输出的RF信号的相位，可使用多种波束成形和极化技术。
图5是根据本发明的RFID阅读器接收器200的结构示意图。接收器200包括低噪声放大器(LNA)210和212、阻塞消除模块220、降频模块230、接收器本地振荡(LO)控制器250、数字化模块48、预解码模块50、解码模块52和处理模块40。LNA 210和212、阻塞消除模块220、降频模块230、控制器250构成接收器200的RF前端。每个低噪声放大器210和2121分别用于从天线60和62接收进站RF信号202和204，然后对其进行放大，分别生成放大的进站RF信号216和218。
由于进站RF信号的载波频率非常接近于出站RF信号的载波频率，因此每个进站信号202和204不仅包含来自RFID标签的调制进站RF信号，还包括阻塞信号，这些阻塞信号是由从发射器100泄漏到接收器200的出站RF信号产生的。例如，在上文所述使用无源标签的实施例中，RFID阅读器发射未调制连续波(CW)信号，以此来为RFID标签供电，使其能够反向散射RF信号。该CW信号可能会阻塞或者屏蔽来自RFID标签的进站调制RF信号。为识别来自RFID标签的所需的进站调制RF信号，需要将放大的进站RF信号216和218输入到阻塞消除模块220。阻塞消除模块220从放大的进站RF信号216和218中减掉发射器100生成的出站RF信号151和153，从而基本上消除掉放大的进站RF信号216和218中的阻塞信号，并让调制RF信号222通过。
为有效地从放大的进站RF信号216和218中消除掉阻塞信号，再来看图3A至图3D和图4A和图4B，其中，出站RF信号不是从功率放大器150的输出端(例如151-155)泄漏的，就是从其输入端(例如125、128或170-172)泄漏的，随后，泄漏的出站RF信号将发往图5所示的接收器LO控制器250的输入端。在出站RF信号来自功率放大器150输出端的实施例中，这种结构可对功率放大器150生成的出站RF信号中的相位噪声进行补偿。在使用多个功率放大器来驱动一根或者多根天线且输出端发生泄漏的实施例中，功率放大器150-154的输出151-155将输入到接收器LO控制器250中进行合并，然后输入到阻塞消除模块220。在使用由多个功率放大器来驱动多根天线且功率放大器输入端发生泄漏的实施例中，如图4A和图4B所示，功率放大器150-152的输入172-174将输入到接收器LO控制器250中进行合并，然后输入到阻塞消除模块中。
接收器LO控制器250还用于接收LO GEN 120生成的本地振荡信号125，并将其输入降频模块230。降频模块230包括一对混频器240和242，用于使用本地振荡信号对进站调制RF信号混频，生成模拟近基带(near baseband)信号。数字化模块48将模拟近基带信号转换为数字基带信号。数字化模块48可以是模数转换器或限制器。预解码模块50依照所使用的特定RFID协议，将数字基带信号转换为编码信号。编码数据随后发往解码模块52，后者依照所选RFID协议中的特定编码方法来重获数据，并将恢复的数据发往处理模块40。尽管如图所示，接收器LO控制器250同时接收来自LO GEN 120的本地振荡信号125和功率放大器150的输入/输出，但在其它实施例中，接收器LO控制器250只接收其中一种信号(也就是说，或者是本地振荡信号125，或者是功率放大器的输入/输出)，并将接收的信号同时发往降频模块230和阻塞消除模块220。
图6是描述图5中阻塞消除模块220功能的一个实施例的示意图。阻塞消除模块220包括合并器310、控制器320和载波导入模块330。合并器310用于从低噪声方法器接收放大的进站RF信号216和218，并将二者合并，生成合并进站RF信号312。合并进站RF信号312将输入到载波导入模块330，用于从合并进站RF信号312中基本上消除所有阻塞信号，允许合并进站RF信号312中由RFID标签生成的进站调制RF信号222通过。
载波导入模块330包含连接在反馈环中的、与控制器320相连的减法模块340和参数估算模块350。减法模块340用于从合并器310中接收合并进站RF信号312，以及从控制器320中接收消除信号324。减法模块340从合并进站RF信号312中减掉消除信号324，生成进站调制RF信号222。
控制器320根据来自接收器LO控制器的输入、参数估算模块350生成的反馈信号355，以及由处理模块生成的控制信号322来生成消除信号324。控制信号322显示在合并进站RF信号中是否存在阻塞信号，也就是说是否需要进行阻塞消除。若控制信号322请求控制器320执行阻塞消除，则控制器320首先根据发射器生成的出站RF信号(例如信号151和153)和从接收器LO控制器到控制器320的输入，确定消除信号324的相位和振幅。随后，控制器320根据反馈信号355连续的调整消除信号324的相位和振幅。反馈信号355包括参数估算模块350对调制RF信号222的相位和/或振幅估计值。
图7A和图7B是根据本发明的RFID阅读器的双模RF前端46的结构示意图。在图7A和图7B中，双模RF前端46包括工作在近场模式下的近场模块400，和工作在远场模式下的远场模块450。近场模块400包括功率放大器410、低噪声放大器420和线圈430。远场模块450包括功率放大器150、低噪声放大器140和天线60和62。通过切换器222、224和226控制RF前端46是工作在近场模式下还是工作在远场模式。
在近场模式下，切换器226将来自基带处理器的模拟信号发送给近场模块400。该模拟信号由合成器110生成的本地振荡信号进行混频，然后输入到功率放大器410中进行放大。放大信号流经线圈430生成磁场，并通过互感方式耦合到RFID标签线圈，从而激发标签工作。标签生成RF响应信号，并通过上述的互感方式将其发给RFID阅读器。通常，标签通过对响应信号进行调频或者调幅，来将标签中存储的数据编码到响应信号中。
当标签响应信号耦合到阅读器线圈430后，该RF响应信号由低噪声放大器420接收，然后通过切换器224发往阻塞消除模块220，进行进一步处理。在近场模式下，出站RF信号或是如图7A所示由功率放大器410的输入端泄漏出来的，或是如图7B所示从功率放大器410的输出端泄漏出来的，其将通过切换器222输入到阻塞消除模块220，以便消除LNA 420发来的RF响应信号中的阻塞信号。如上所述，阻塞消除模块220输出的信号将发往降频模块230。
在远场模式下，切换器226将来自基带处理器的模拟信号发送给远场模块450。如图3C-3D所示，使用合成器110生成的本地振荡信号对该模拟信号混频，然后输入到功率放大器150进行放大。在其它实施例中，如图3A至3B和4A至4B所示，该模拟信号或对应的数字信号将用于调制功率放大器150中的本地振荡信号。放大后的信号将由天线60发往其覆盖区域内的所有标签。
如上所述，天线60覆盖区域内的每个标签生成RF响应信号，并通过反向散射方式将其发往RFID阅读器。该RF响应信号由天线62接收，然后传送给低噪声放大器420进行放大。放大的RF响应信号将通过切换器224发给阻塞消除模块220进行进一步处理。在远场模式下，出站RF信号不是从功率放大器150的输出端泄漏出来的(由实线所示)，就是从功率放大器的输入端泄漏出来的(如虚线所示)，该信号将通过切换器222发往阻塞消除模块220，以便消除LNA 140发来的RF响应信号中的阻塞信号。如上所述，阻塞消除模块220输出的信号将输入到降频模块230。
图8是根据本发明的RFID阅读器多频段合成器110的结构示意图。多频段合成器110包括压控振荡器(VCO)520、跳频序列生成器510、除以2(divide-by-2)模块530、除以8(divide-by-8)模块560、滤波器550、乘法器540和570，以及直接数字频率合成器(DDFS)580。跳频序列生成器510控制VCO 520的频率输出。VCO 520生成的频率将输入到2分支模块530和乘法器540，随后，法器540将VCO 520生成的频率和2分支模块530的输出相乘。乘法器540的输出将输入到滤波器550，后者的输出将输入到8分支模块560。8分支模块560的输出565将输入到乘法器570，与DDFS 580的输出相乘。
使用除以8模块560和DDFS 580使得合成器110很容易生成三个不同频段上的同相(I)和正交(Q)载波信号。例如，第一频段(例如900-931.3MHz)RF载波信号565由除以8模块560的输出生成，第二频段(例如860-960MHz)上的RF载波信号575由乘法器570的输出生成，第三频段(例如13.56MHz)上的RF载波信号585由DDFS的输出生成。
图9是根据本发明的RFID阅读器多标准处理模块40的功能示意图。处理模块40包括阅读器驱动器610、阅读器控制器620和存储器630。存储器630中存储有多种RFID标准化协议640和642。阅读器控制器620与存储器630相连，用于访问并读取协议信息，以执行协议640和642。协议信息包括阅读器控制器620在对RF前端46、编码模块42和解码模块52进行编程时将用到的指令，后面的两种模块已在图2中示出。
在图9中，编码模块42由编码框650和652表示，解码模块52由解码框660和662表示。编码框650和解码框660分别代表当编码模块42和解码模块52被编程用以执行第一协议640；编码框652和解码框662分别当代表编码模块42和解码模块52被编程用以执行第二协议642。
阅读器控制器620和存储器630还连接到阅读器驱动器610，以便通过主机接口64与主机设备通信。例如，主机设备可通过主机接口64和阅读器驱动器610将协议信息下载到存储器630中。在另一实施例中，主机设备可通过主机接口64和阅读器驱动器610来控制阅读器控制器620搜索该阅读器覆盖区域内的有源和/或无源标签。在另一示例性操作中，若在搜索标签过程中，未对阅读器控制器620指定特定的协议，则阅读器控制器620则首先会进行协议扫描，确定该阅读器覆盖区域内每个标签所关联的协议。在协议扫描完成后，阅读器控制器620便可确定支持每种协议的标签所占的比例，以便在阅读器和标签之间调度通信。
图10是根据本发明的RFID阅读器操作方法700的流程图。该方法开始于步骤710，RFID阅读器生成出站RF信号。该出站RF信号为一请求信号，请求该RFID阅读器覆盖区域内的一个或多个RFID标签的标识数据。该过程随后进行到步骤720和730，RFID阅读器从一个或多个标签处收到进站RF信号，并对该信号进行放大。该进站RF信号的频率非常接近于出站RF信号的频率。进站RF信号至少包括由其中一个标签根据收到的出站RF信号生成的一调制RF信号。该进站RF信号还包括对应于出站RF信号的阻塞信号，该阻塞信号是由RFID发射器泄漏到RFID接收器的出站RF信号。
该过程随后进行到步骤740，从进站RF信号中基本上消除阻塞信号，从而将来自RFID标签的调制RF信号隔离出来。例如，在一个实施例中，阻塞信号是通过在进站RF信号(放大后，或未进行放大)中减掉发射器生成的出站RF信号来消除的。在从进站RF信号中基本上消除阻塞信号后，本过程继续进行步骤750-770，隔离出来的来自RFID标签的调制RF信号被转换为近基带信号，该近基带信号进一步转换为数字信号，而该数字信号最后将转换为代表所请求的RFID标签标识数据的数字符号。
本专业普通技术人员会意识到，术语“基本上”或“大约”，正如这里可能用到的，对相应的术语提供一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差从小于1％到20％，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波动、上升和下降时间和/或热噪声。本专业普通技术人员还会意识到，术语“可操作地连接”，正如这里可能用到的，包括通过另一个组件、元件、电路或模块直接连接和间接连接，其中对于间接连接，中间***组件、元件、电路或模块并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。正如本专业普通技术人员会意识到的，推断连接(亦即，一个元件根据推论连接到另一个元件)包括两个元件之间用相同于“可操作地连接”的方法直接和间接连接。
上文介绍了一种集成的低成本RFID阅读器及其操作方法。本领域的技术人人员应当了解，在不偏离权利要求范围的前提下，还可从上面对本发明的描述中生成其它实施例。

Claims (10)

1.一种应用于射频识别***的阅读器，其特征在于，包括：
发射器，用于生成出站RF信号；
接收器，用于接收在频率上接近于所述出站RF信号频率的进站RF信号，所述进站RF信号包括对应于所述出站RF信号的阻塞信号和响应所述出站RF信号而生成的调制RF信号，所述接收器包括：
低噪声放大器，用于放大所述进站RF信号，生成放大的进站RF信号；
阻塞消除模块，用于从所述发射器接收所述出站RF信号，并使用所述出站RF信号从所述放大的进站RF信号中基本上消除所述阻塞信号，以使所述调制RF信号基本上通过；其中，所述阻塞消除模块包括：
控制器，用于接收所述出站RF信号，并根据所述出站RF信号生成消除信号；
载波导入模块，用于接收所述进站RF信号和所述消除信号，使用所述消除信号基本上消除所述阻塞信号，并让所述调制RF信号基本上通过；
反馈环，用于根据所述调制RF信号控制所述消除信号；
降频模块，用于将所述调制RF信号转换为近基带信号；
数字化模块，用于将所述近基带信号转换为数字基带信号；
处理模块，用于将所述数字基带信号转换为进站数字符号。
2.根据权利要求1所述的阅读器，其特征在于，所述阅读器集成在一块单独的芯片上。
3.根据权利要求1所述的阅读器，其特征在于，所述发射器包括第一功率放大器，用于放大所述出站RF信号，所述阻塞消除模块可从所述第一功率放大器的输出端或输入端接收所述出站RF信号，所述发射器包括：
天线，用于接收所述进站RF信号及发射所述出站RF信号。
4.根据权利要求3所述的阅读器，其特征在于，所述发射器包括第二功率放大器，用于接收所述出站RF信号，生成放大的出站RF信号，所述阻塞消除模块可从所述第二功率放大器的输出端或输入端接收所述出站RF信号，所述发射器包括：
线圈，用于接收所述放大的出站RF信号，通过生成磁场并调制所述磁场的强度来发射所述放大的出站RF信号。
5.根据权利要求1所述的阅读器，其特征在于，所述出站RF信号在第一时间段内为调制RF信号，在第二时间段内为未调制连续波RF信号。
6.根据权利要求1所述的阅读器，其特征在于，所述阅读器在CMOS集成电路上实现，所述发射器包括：
多个功率放大器，其中的每一个都用于接收各自的部分出站RF信号，并对其进行放大，生成对应的放大的部分出站RF信号；
功率控制器，用于将每个所述功率放大器的功率控制在所述CMOS集成电路正常工作范围内。
7.一种操作射频识别***中的集成的阅读器的方法，其特征在于，包括：
生成出站RF信号；
接收在频率上接近于所述出站RF信号频率的进站RF信号，所述进站RF信号包括对应于所述出站RF信号的阻塞信号和响应所述出站RF信号而生成的调制RF信号；
放大所述进站RF信号，生成放大的进站RF信号；
使用所述出站RF信号从所述放大的进站RF信号中基本上消除所述阻塞信号，以使所述调制RF信号基本上通过；
将所述调制RF信号转换为近基带信号；
将所述近基带信号转换为数字基带信号；
将所述数字基带信号转换为进站数字符号；
其中，使用所述出站RF信号从所述放大的进站RF信号中基本上消除所述阻塞信号以使所述调制RF信号基本上通过的步骤进一步包括：
根据所述出站RF信号生成消除信号；
使用所述消除信号基本上消除所述阻塞信号，并让所述调制RF信号基本上通过；
使用反馈环根据所述调制RF信号控制所述消除信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述出站RF信号在第一时间段内为调制RF信号，在第二时间段内为未调制连续波RF信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述生成出站RF信号包括：
接收多个部分出站RF信号；
放大每个所述部分出站RF信号，生成对应的放大的部分出站RF信号；
合并所述放大的部分出站RF信号，生成所述出站RF信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生成出站RF信号包括：
控制每个所述放大的部分出站RF信号的相位。
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