CN214253229U - 射频识别信号解调电路、阅读器和*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种射频识别信号解调电路、阅读器和***，该信号解调电路包括解调处理单元、混频器以及计数器，混频器和计数器串联在解调处理单元的射频信号接收端口上。通过在射频信号接收端口上添加混频器和计数器，利用混频器提高射频信号的信噪比和抗干扰能力，通过计数器提高解调效率和成功率。解决了现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题，达到了提高信号的信噪比和抗干扰能力，使得信号还原处理得更准确与完善，体现阅读器读标距离更远的技术效果。

Description

射频识别信号解调电路、阅读器和***

技术领域

本申请涉及射频识别领域，尤其涉及一种射频识别信号解调电路、阅读器和***。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identificatio，射频识别)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。在人们的日常生活当中已经随处可见，如门禁卡、地铁卡、身份卡等都可以利用RFID技术来实现。

RFID应用技术包含阅读器(Reader)和应答器(Transponder)两部分。其基本工作原理是电子标签或射频卡进入阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息***进行有关数据处理。

现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题。

实用新型内容

本申请提供一种射频识别信号解调电路、阅读器和***，以解决现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题。

第一方面，本申请提供一种射频识别信号解调电路，包括：

解调处理单元、混频器以及计数器，所述混频器和所述计数器串联在所述解调处理单元的射频信号接收端口上；

其中，所述混频器包括：射频输入端、本振输入端以及中频输出端，所述射频输入端用于接收射频信号，所述本振输入端用于接收所述解调处理单元发送的本振信号，所述中频输出端用于输出射频信号与本振信号混频后所得到的中频信号；

所述计数器的输入端与所述中频输出端连接，所述计数器的输出端与所述解调处理单元的解调信号输入端连接，所述计数器用于将所述射频信号的第一脉冲宽度转换为第二脉冲宽度，所述第二脉冲宽度大于所述第一脉冲宽度，以提高所述射频信号中逻辑0和逻辑1的可分辨度，并且降低所述解调处理单元对所述中频信号的脉冲检测频率。

在一种可能的设计中，所述混频器的中频输出端与所述计时器的输入端之间还连接有中频处理器，所述中频处理器用于对中频信号进行滤波整形。

在一种可能的设计中，所述中频处理器包括：中频放大器和限幅器；

其中，所述中频放大器的第一输入端与所述混频器的中频输出端连接，所述中频放大器的第二输入端接地，所述中频放大器的输出端与所述限幅器的第一输入端连接，所述限幅器的第二输入端接地；

所述中频放大器用于对第一中频信号进行增大和降噪处理，以确定第二第二中频信号，所述第一中频信号为所述混频器输出的所述中频信号；

所述限幅器用于给所述第二中频信号的中频频率施加增益，以对所述第二中频信号的波形进行整形，以减少所述解调处理单元接收所述射频信号时的调幅和噪声。

可选的，所述中频放大器的第一输入端还串联有第一滤波单元，所述第一滤波单元包括低通滤波器，所述带通滤波器的导通频带与所述第一中频信号的所属频带相同。

可选的，所述限幅器的第一输入端还串联有第二滤波单元，所述第二滤波单元包括低通滤波器，所述带通滤波器的导通频带与所述第一中频信号的所属频带相同。

在一种可能的设计中，所述混频器为吉尔伯特单元构成的射频混频器，所述射频混频器为双平衡形式。

在一种可能的设计中，所述中频放大器包括差分放大器，所述中频放大器具备39.7dB的增益以及40MHz的信号带宽。

在一种可能的设计中，所述限幅器包括差分放大器，所述限幅器具备62.5dB的增益以及大于28MHz的信号带宽。

第二方面，本申请提供一种射频信号阅读器，包括第一方面中任意一种可能的信号解调电路。

第三方面，本申请提供一种射频识别***，包括：射频信号应答器以及第二方面中任意一种可能的射频信号阅读器。

本申请提供了一种射频识别信号解调电路、阅读器和***，该信号解调电路包括解调处理单元、混频器以及计数器，混频器和计数器串联在解调处理单元的射频信号接收端口上。通过在射频信号接收端口上添加混频器和计数器，利用混频器提高射频信号的信噪比和抗干扰能力，通过计数器提高解调效率和成功率。解决了现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题，达到了显著提高阅读器抗干扰度，使得信号解调的准确率即成功率明显增加，提高了阅读器的读标距离的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的现有技术中一种RFID阅读器的信号输入端口的结构示意图；

图2为本申请提供的一种射频识别信号解调电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的计数器的工作原理图；

图4为本申请提供的另一种射频识别信号解调电路的结构示意图；

图5为本申请提供的图4所示中频处理器的结构示意图；

图6为本申请提供的又一种射频识别信号解调电路的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的吉尔伯特单元射频混频器的原理结构示意图；

图8为本申请提供的一种射频信号阅读器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，包括但不限于对多个实施例的组合，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现有的RFID阅读器在接收电子标签或者射频卡的射频信号时，只是在信号输入端口进行简单的滤波，如RC滤波，这使得阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题。

图1为本申请提供的现有技术中一种RFID阅读器的信号输入端口的结构示意图。如图1所示，射频信号输入后经过C2与R1组成的低通滤波器滤波，然后就直接输入到解调处理器的射频信号接收端口中。由于缺乏对射频信号的有效管理，使得阅读器干扰抑制能力差，灵敏度低，这就导致用户需要将电子标签或射频卡与阅读器靠得非常近才能进行射频识别。

为解决上述技术问题，本申请提供一种射频识别信号解调电路，下面结合附图来具体说明该信号解调电路的结构。

图2为本申请提供的一种射频识别信号解调电路的结构示意图。如图2所示，该信号解调电路包括：解调处理单元10、混频器20以及计数器30，混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上。其中，混频器20包括：射频输入端、本振输入端以及中频输出端，射频输入端用于接收射频信号，本振输入端用于接收解调处理单元10发送的本振信号，中频输出端用于输出射频信号与本振信号混频后所得到的中频信号；计数器30的输入端与中频输出端连接，计数器30的输出端与解调处理单元10的解调信号输入端连接，计数器30用于放大所述射频信号的脉冲宽度，以提高所述射频信号中逻辑0和逻辑1的可分辨度，并且降低所述解调处理单元对所述中频信号的脉冲检测频率。

需要说明的是通过解调处理单元10产生的本振信号与射频信号的混频，实现了将射频信号在频域进行频谱线性搬移，以得到目标中频信号来改善射频信号的信号质量，其效果相当于在频域对射频信号产生增益作用。

具体的，本实施例适用于根据ISO11784和ISO11785动物射频识别标准，以及HDX(Half DupleX，半双工)协议通信的信号解调。在本实施例中，RFID***的应答器采用FSK(Frequency-shift keying，频移键控)技术来传输数据。即在发送逻辑1时，HDX发送应答器将以124.2kHz发出16个周期的脉冲信号；在发送逻辑0时，它将以134.2kHz发送16个周期的脉冲信号。阅读器中的解调处理单元根据16个周期的脉冲信号进行逐位解调。由于受距离、磁场、电场的干扰，阅读器中信号解调电路的解调准确率和成功率在现有技术中会受一定影响。

因此，在本实施例中，在信号解调电路的射频信号接收端，添加了混频器20和计数器30。解调处理单元可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片，在本实施例中由MCU芯片产生的本振信号的频率为582kHz，通过混频器20将射频输入的124.2kHz(逻辑1)或134.2kHz(逻辑0)与本振信号进行混频，得到中频信号为457.8kHz(逻辑1)或447.8kHz(逻辑0)。在本实施例中，混频器20有噪声指数低，中频增益高，接收灵敏度高等特点，在50Ω匹配电路中，0.22uV可获得12dB的信噪比。这就使得整个阅读器的抗噪能力得到大幅提高，读取电子标签时的识别距离更远。

对于计数器30，用于将射频信号的第一脉冲宽度转换为第二脉冲宽度，所述第二脉冲宽度大于所述第一脉冲宽度，在本实施例中，其作用是把中频信号即位信号的16周期分为两个8个周期的信号来处理(16＝8+8)，使得即便某个周期或数个周期的信号受干扰，对整个位信号的解调影响不大，这样可提高解调的成功率。其具体处理原理如图3所示。

图3为本申请实施例提供的计数器的工作原理图。如图3所示，在计数器的输入端中频信号是以16周期为一个逻辑位来传递数据信息的，计数器将其拆分为两个信号，一个信号占据原来的8个周期，这样信号周期提高了8倍，逻辑0信号周期与逻辑1信号周期的时差显著提高了，解调信号处理效率和成功率得了明显提高。

本实施例提供了一种射频信号解调电路，该信号解调电路包括解调处理单元10、混频器20以及计数器30，混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上。通过在射频信号接收端口上添加混频器20和计数器30，利用混频器20提高射频信号的信噪比和抗干扰能力，通过计数器30提高解调效率和成功率。解决了现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题，达到了显著提高阅读器抗干扰度，使得信号解调的准确率即成功率明显增加，提高了阅读器的读标距离的技术效果。

图4为本申请提供的另一种射频识别信号解调电路的结构示意图。如图4所示，该信号解调电路包括：解调处理单元10、混频器20、计数器30以及中频处理器40。混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上，中频处理器40设置在混频器20的中频输出端与计数器30的输入端之间。其中，混频器20包括：射频输入端、本振输入端以及中频输出端，射频输入端用于接收射频信号，本振输入端用于接收解调处理单元10发送的本振信号，中频输出端用于输出射频信号与本振信号混频后所得到的中频信号；中频处理器40用于对中频信号进行滤波整形；计数器30的输入端与中频处理器40的中频输出端连接，计数器30的输出端与解调处理单元10的解调信号输入端连接，计数器30用于降低解调处理单元对中频信号的脉冲检测频率。

在一种可能的设计中，中频处理器40包括：中频放大器41和限幅器42。

图5为本申请提供的图4所示中频处理器的结构示意图。如图5所示，中频放大器41的第一输入端与所述混频器20的中频输出端连接，中频放大器41的第二输入端接地，中频放大器41的输出端与限幅器42的第一输入端连接，限幅器42的第二输入端接地。

需要说明的是，中频放大器41用于对第一中频信号进行增大和降噪处理，以确定第二中频信号，所述第一中频信号为混频器20输出的中频信号。第二中频信号即为中频放大器41输出端的输出信号。

具体的，中频放大器41的本质是放大器，从混频器20输出的中频信号即第一中频信号经过放大器的放大作用，能够处理掉第一中频信号的脉冲噪声。但是由于中频放大器41输出的第二中频信号无法在一个较宽的输入信号范围上提供良好的限幅或者说是脉冲波形的波幅及波形无法在一个较宽的频带范围上保持稳定的标准方波波形，以及方波振幅，这就需要限幅器42来对脉冲波形进行整形，如修正失真的方波，或者是调整脉冲波形的振幅等。

限幅器42用于给第二中频信号的中频频率施加增益，以对第二中频信号的波形进行整形，以减少解调处理单元10接收射频信号时的调幅和噪声。

具体的，限幅器42的本质也是放大器，对第二中频信号进行增益调整，是的第二中频信号的脉冲波形的顶部和底部都超出原始的范围，这样就能够利用矩形波的波峰在大于预设最大值或波谷小于预设最小值时，会被截去顶部或底部，这样就能够把原本波动不平的顶部或底部修整为完整波形，例如标准的正弦波，本领域技术人员可以根据实际需要选择具体的波形，本申请不作限定。

总的来说，中频处理器40的主要功能是清理中频信号的频率中的噪声和调幅。而噪声和调幅可能会在接收射频信号时产生。

混频器20和计数器30的工作原理介绍参加图2所示的信号解调电路的介绍，在此不再赘述。

本实施例提供了一种射频信号解调电路，该信号解调电路包括解调处理单元10、混频器20、计数器30以及中频处理器40，混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上，中频处理器40串联在混频器20和计数器30之间。通过在射频信号接收端口上添加混频器20、计数器30和中频处理器40，先利用混频器20提高射频信号的信噪比和抗干扰能力；然后利用中频处理器40清理中频信号的频率中的噪声和调幅，再通过计数器30提高解调效率和成功率。解决了现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题，达到了显著提高阅读器抗干扰度，使得信号解调的准确率即成功率明显增加，提高了阅读器的读标距离的技术效果。

图6为本申请提供的又一种射频识别信号解调电路的结构示意图。如图6所示，该信号解调电路包括：解调处理单元10、混频器20、计数器30以及中频处理器40。混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上，中频处理器40设置在混频器20的中频输出端与计数器30的输入端之间。其中，混频器20包括：射频输入端、本振输入端以及中频输出端，射频输入端用于接收射频信号，本振输入端用于接收解调处理单元10发送的本振信号，中频输出端用于输出射频信号与本振信号混频后所得到的中频信号；计数器30的输入端与中频输出端连接，计数器30的输出端与解调处理单元10的解调信号输入端连接，计数器30用于降低解调处理单元对中频信号的脉冲检测频率；中频处理器40用于对中频信号进行滤波整形。

为了进一步滤除中频信号中的噪声干扰，在中频放大器41，和/或，限幅器42的第一输入端上都可以增加一个滤波单元，即在混频器20的中频输出端和中频放大器41的第一输入端之间还串联有第一滤波单元411，和/或，在中频放大器41的输出端和限幅器的第一输入端还串联有第二滤波单元421。第一滤波单元411和第二滤波单元421包括带通滤波器，该带通滤波器的导通频带与第一中频信号的所属频带相同。

在本实施例中，将第一滤波单元411和第二滤波单元421都添加到信号解调电路中，以达到最佳的滤波效果，当然本领域技术人员可以根据实际情况进行选择添加。

在本实施例中，混频器的实现方式是吉尔伯特乘法器单元即四象限乘法器。

图7为本申请实施例提供的吉尔伯特单元射频混频器的原理结构示意图。如图7所示，本振信号和射频信号输入后，由6个三极管实现混频输出，在时域模拟电路上就是通过乘法器来实现混频的，而在频域上就是加法/减法的频移。

本实施例提供了一种射频信号解调电路，该信号解调电路包括解调处理单元10、混频器20、计数器30以及中频处理器40，混频器20和计数器30串联在解调处理单元10的射频信号接收端口上，中频处理器40串联在混频器20和计数器30之间。通过在射频信号接收端口上添加混频器20、计数器30和中频处理器40，先利用混频器20提高射频信号的信噪比和抗干扰能力；然后利用中频处理器40清理中频信号的频率中的噪声和调幅，再通过计数器30提高解调效率和成功率，为进一步提高抗干扰能力，在中频处理器40的中频放大器41和限幅器42的第一输入端口处都添加了滤波处理单元。解决了现有技术中阅读器在读取射频信号时进行解调时，存在干扰抑制能力差，灵敏度低，从而导致射频识别距离过近的技术问题，达到了显著提高阅读器抗干扰度，使得信号解调的准确率即成功率明显增加，提高了阅读器的读标距离的技术效果。

图8为本申请提供的一种射频信号阅读器的结构示意图。如图8所示，该射频信号阅读器包括：MCU微处理单元801、电源管理模块802、锂电池803、外接电源接口804、射频激励电路805以及射频解调电路806。

其中，射频解调电路806包括上述各个实施例中任意一种可能的的射频信号解调电路。

在本实施例中，锂电池803为整个阅读器供电，可通过外接电源接口804如USB口给锂电池803充电。MCU微处理单元801主要功能有RFID激励及解码(释码)，数据处理及管理。射频激励电路805以及射频解调电路806的主要功能是RFID激励和解调。

本实施例的有益效果是，在未使用此技术前，HDX型应答器(标)读取距离较短，应用此技术后HDX型阅读器读标(Φ29mm Enviro Tag)的距离可达55cm。

本申请还提供一种一种射频识别***，包括：射频信号应答器以及上述实施例中任意一种可能的射频信号阅读器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种射频识别信号解调电路，其特征在于，包括解调处理单元、混频器以及计数器，所述混频器和所述计数器串联在所述解调处理单元的射频信号接收端口上；

其中，所述混频器包括：射频输入端、本振输入端以及中频输出端，所述射频输入端用于接收射频信号，所述本振输入端用于接收所述解调处理单元发送的本振信号，所述中频输出端用于输出射频信号与本振信号混频后所得到的中频信号；

所述计数器的输入端与所述中频输出端连接，所述计数器的输出端与所述解调处理单元的解调信号输入端连接，所述计数器用于将所述射频信号的第一脉冲宽度转换为第二脉冲宽度，所述第二脉冲宽度大于所述第一脉冲宽度。

2.根据权利要求1所述的信号解调电路，其特征在于，所述混频器的中频输出端与所述计数器的输入端之间还连接有中频处理器，所述中频处理器用于对中频信号进行滤波整形。

3.根据权利要求2所述的信号解调电路，其特征在于，所述中频处理器包括：中频放大器和限幅器；

其中，所述中频放大器的第一输入端与所述混频器的中频输出端连接，所述中频放大器的第二输入端接地，所述中频放大器的输出端与所述限幅器的第一输入端连接，所述限幅器的第二输入端接地；

所述中频放大器用于对第一中频信号进行增大和降噪处理，以确定第二中频信号，所述第一中频信号为所述混频器输出的所述中频信号；

所述限幅器用于给所述第二中频信号的中频频率施加增益，以对所述第二中频信号的波形进行整形。

4.根据权利要求3所述的信号解调电路，其特征在于，所述中频放大器的第一输入端还串联有第一滤波单元，所述第一滤波单元包括带通滤波器，所述带通滤波器的导通频带与所述第一中频信号的所属频带相同。

5.根据权利要求3或4所述的信号解调电路，其特征在于，所述限幅器的第一输入端还串联有第二滤波单元，所述第二滤波单元包括带通滤波器，所述带通滤波器的导通频带与所述第一中频信号的所属频带相同。

6.根据权利要求1所述的信号解调电路，其特征在于，所述混频器为吉尔伯特单元构成的射频混频器，所述射频混频器为双平衡形式。

7.根据权利要求3所述的信号解调电路，其特征在于，所述中频放大器包括差分放大器，所述中频放大器具备39.7dB的增益以及40MHz的信号带宽。

8.根据权利要求3所述的信号解调电路，其特征在于，所述限幅器包括差分放大器，所述限幅器具备62.5dB的增益以及大于28MHz的信号带宽。

9.一种射频信号阅读器，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的信号解调电路。

10.一种射频识别***，其特征在于，包括：射频信号应答器以及权利要求9所述的射频信号阅读器。

Images