專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)調(diào)諧掃描的鄰近閱讀器的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID)的領(lǐng)域，并特別涉及RFID鄰近閱讀器的改進(jìn)。
已有技術(shù)射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)包括無(wú)源系統(tǒng)和帶電池的有源標(biāo)記(tag)，在該無(wú)源系統(tǒng)中，ID標(biāo)記電路由閱讀器輻射的能量驅(qū)動(dòng)。由于ID標(biāo)記的啟動(dòng)需要來(lái)自閱讀器的足夠的RF場(chǎng)強(qiáng)，所以無(wú)源ID系統(tǒng)的工作范圍往往較小。典型的無(wú)源鄰近閱讀器工作范圍較小，閱讀器和ID標(biāo)記之間約為二英尺或更小。在鄰近系統(tǒng)的選擇中，工作范圍往往是一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)，通常希望在更大一些的范圍內(nèi)檢測(cè)ID標(biāo)記，如五英尺遠(yuǎn)，以便在確定閱讀器單元的位置時(shí)具有更大的靈活性，或者能以單個(gè)閱讀器覆蓋更大的區(qū)域。
無(wú)源ID系統(tǒng)中的閱讀器具有RF頻率發(fā)生器和調(diào)諧天線(xiàn)電路以建立閱讀器單元附近的射頻場(chǎng)。無(wú)源ID標(biāo)記沒(méi)有頻率發(fā)生器，相反，它通過(guò)加載閱讀器的輻射場(chǎng)與閱讀器通信，模式是由閱讀器檢測(cè)并解碼為ID標(biāo)記數(shù)據(jù)。ID標(biāo)記包括應(yīng)答器(transponder)集成電路，它由源于閱讀器的RF場(chǎng)的能量驅(qū)動(dòng)。標(biāo)記應(yīng)答器所需的能量由在閱讀器的發(fā)射頻率調(diào)諧至峰值諧振的標(biāo)記天線(xiàn)電路接收。閱讀器/ID標(biāo)記系統(tǒng)的有效工作范圍部分是由閱讀器輻射并由標(biāo)記接收RF能量的效率來(lái)確定的。這就要求標(biāo)記和閱讀器二者的諧振天線(xiàn)電路的精確調(diào)諧。但實(shí)際上，環(huán)境因素和制造公差會(huì)使其偏離這種理想情況。
在現(xiàn)有的無(wú)源鄰近識(shí)別系統(tǒng)中，無(wú)論是閱讀器還是識(shí)別標(biāo)記往往都在單一共用射頻上操作，通常是125kHz。閱讀器周?chē)慕饘俸碗娊橘|(zhì)材料以及溫度和濕度的變化均會(huì)影響閱讀器中的天線(xiàn)電路的調(diào)諧，從而會(huì)低于RF場(chǎng)的最佳輻射并使從閱讀器到標(biāo)記的能量傳遞(power transfer)減少。也就是說(shuō)，對(duì)于給定靈敏度的ID標(biāo)記來(lái)說(shuō)，在標(biāo)記應(yīng)答器將由閱讀器減弱的發(fā)射啟動(dòng)之前，必須把該標(biāo)記放在離閱讀器更近的位置上。標(biāo)記的調(diào)諧天線(xiàn)電路同樣受到環(huán)境因素和制造公差的影響，這二者使標(biāo)記的峰值諧振偏離閱讀器的工作頻率而降低了標(biāo)記性能。如果標(biāo)記調(diào)諧是失諧(off frequency)，則鄰近系統(tǒng)的工作范圍會(huì)由于標(biāo)記靈敏度降低和閱讀器RF場(chǎng)加載的減小而被再次減小。使用高精度元件可提高標(biāo)記性能，但如此精度會(huì)很貴。5％公差的部件遠(yuǎn)比1％公差的部件便宜，10％公差的部件會(huì)更便宜。由于常要使用大量的ID標(biāo)記，所以希望標(biāo)記的單位成本盡可能低。
為了適應(yīng)鄰近閱讀器和ID標(biāo)記的失諧漂移(off-frequencydrift)，目前的作法是在閱讀器中使用低-Q天線(xiàn)電路。低-Q諧振回路具有更寬的頻率響應(yīng)，但代價(jià)是在天線(xiàn)電路的中心頻率的靈敏度降低。更寬的響應(yīng)允許閱讀器只在較低的系統(tǒng)性能即較低的靈敏度下檢測(cè)失諧標(biāo)記，因此，在被檢測(cè)之前，標(biāo)記必須與閱讀器更近。
目前對(duì)能夠在更大范圍內(nèi)檢測(cè)無(wú)源ID標(biāo)記并尤其能夠更可靠地檢測(cè)失諧ID標(biāo)記的更有效的鄰近閱讀器的需求不斷增加。
發(fā)明概述本發(fā)明通過(guò)提供一種改進(jìn)的鄰近閱讀器來(lái)滿(mǎn)足上述需要，該閱讀器具有消除對(duì)閱讀器天線(xiàn)電路調(diào)諧的環(huán)境影響的自動(dòng)調(diào)諧能力和改進(jìn)失諧ID標(biāo)記檢測(cè)的頻率掃描能力。改進(jìn)的閱讀器可使用高-Q天線(xiàn)電路，以便以更高的靈敏度檢測(cè)失諧標(biāo)記。較寬的頻帶可在掃描范圍比使用寬帶低-Q天線(xiàn)電路可能要大的較高靈敏度下被掃描，從而顯著地提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。
根據(jù)本發(fā)明，用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器具有頻率發(fā)生器，用于產(chǎn)生一個(gè)中心頻率和一些邊頻；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射中心頻率和邊頻以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答器標(biāo)記；與天線(xiàn)電路連接的微處理器，用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；天線(xiàn)諧振調(diào)諧電路，包括天線(xiàn)電路中的可選調(diào)諧阻抗和用于選擇調(diào)諧阻抗值的調(diào)諧程序，以便在中心頻率和邊頻中的每一個(gè)頻率基本上優(yōu)化天線(xiàn)電路的電抗。所選值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以便由頻率掃描程序參考?？蛇x阻抗可包括一些由微處理器可尋址的二進(jìn)制加權(quán)的電容，并且在用以使所選電容接入天線(xiàn)電路的掃描程序的控制下，阻抗值可存儲(chǔ)為由微處理器可尋址的地址表。優(yōu)選地，一旦閱讀器初始加電就執(zhí)行調(diào)諧程序，之后，該程序周期性地進(jìn)行定期檢測(cè)并補(bǔ)償任何因環(huán)境因素而引起的天線(xiàn)電路的峰值諧振的變化。
頻率掃描程序用于執(zhí)行頻率掃描序列，包括在邊頻和中心頻率中的每個(gè)頻率按順序接通頻率發(fā)生器以增加失諧應(yīng)答器標(biāo)記的詢(xún)問(wèn)范圍。邊頻是在中心頻率任一側(cè)的充分包括鄰近識(shí)別系統(tǒng)作為目標(biāo)的失諧ID標(biāo)記的頻帶上進(jìn)行選擇的。掃描程序還用于在微處理器一檢測(cè)到來(lái)自應(yīng)答器標(biāo)記的響應(yīng)就中斷頻率掃描序列并且用于在完成響應(yīng)時(shí)重新開(kāi)始掃描序列。
在本發(fā)明的一種形式中，頻率發(fā)生器是基于微處理器內(nèi)部的晶控時(shí)鐘的頻率合成器，并包括由調(diào)諧程序裝置控制的時(shí)鐘分頻器以用于設(shè)置希望的中心頻率和邊頻。在本實(shí)施例中，調(diào)諧程序和掃描程序通過(guò)微處理器的頻率合成控制設(shè)置希望的工作頻率。天線(xiàn)電路的阻抗被調(diào)節(jié)以在每個(gè)希望的工作頻率獲得諧振峰值，并且每個(gè)希望的頻率與實(shí)現(xiàn)峰值諧振所需的天線(xiàn)阻抗值相關(guān)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
在本發(fā)明的另一種形式中，天線(xiàn)諧振調(diào)諧電路包括峰值檢測(cè)電路，用于修改頻率發(fā)生器的輸出頻率以獲得天線(xiàn)電路的峰值諧振；和調(diào)諧程序，用于選擇可選阻抗的值以有效地把輸出頻率變?yōu)橄Ｍ念l率，這樣，天線(xiàn)電路的電抗可在希望的頻率得以?xún)?yōu)化。在本實(shí)施例中，微處理器和調(diào)諧程序用于測(cè)量輸出頻率并用于存儲(chǔ)與希望頻率相關(guān)的阻抗值。希望的頻率可包括多個(gè)頻率，在此情況下，調(diào)諧程序用于以對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率的開(kāi)關(guān)地址的形式存儲(chǔ)諸如電容值的阻抗值的表。多個(gè)頻率包括閱讀器的中心頻率和邊頻。頻率發(fā)生器和峰值檢測(cè)器可位于微處理器之外的公用集成電路設(shè)備上。
盡管希望在一個(gè)特定的鄰近閱讀器中執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧和頻率掃描這兩個(gè)特征，但也可考慮分開(kāi)執(zhí)行這兩個(gè)特征，因?yàn)槊總€(gè)特征均可單獨(dú)改善閱讀器單元的性能。
附圖描述

圖1是表示改進(jìn)的閱讀器的第一設(shè)計(jì)方案的框圖；圖2是包括自動(dòng)調(diào)諧和頻率掃描序列的流程圖；且圖3是表示改進(jìn)的閱讀器的第二設(shè)計(jì)方案的框圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述參考附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例改進(jìn)的鄰近閱讀器的示意框圖。一般由數(shù)字10表示的閱讀器包括數(shù)字處理器12；天線(xiàn)線(xiàn)圈14；主調(diào)諧電容器16，與天線(xiàn)線(xiàn)圈并聯(lián)形成諧振天線(xiàn)電路；包括天線(xiàn)振蕩器18和峰值檢測(cè)電路20的頻率發(fā)生器。射頻是由處理器12通過(guò)分割處理器的晶控時(shí)鐘頻率如1MHz而合成的。該合成頻率輸出經(jīng)頻率控制線(xiàn)24連接，以用于驅(qū)動(dòng)作為緩沖器操作的驅(qū)動(dòng)振蕩器18。振蕩器18的輸出驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)振蕩回路。峰值檢測(cè)器20包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器把天線(xiàn)電路中的峰值RF電壓轉(zhuǎn)換為處理器12的數(shù)字輸入26。RF輸出頻率通過(guò)處理器12中運(yùn)行的軟件來(lái)確定并可根據(jù)需要在軟件的控制下偏移。
電容階梯(ladder)22包括四個(gè)輔助電容器C1-C4。每個(gè)電容器通過(guò)處理器12可分別尋址的相應(yīng)開(kāi)關(guān)S1-S4并聯(lián)加入主調(diào)諧電容器16中。電容器C1-C4的值被二進(jìn)制加權(quán)，如以1，2，4，8的比例，這樣，通過(guò)閉合適當(dāng)組合的開(kāi)關(guān)S1-S4，則可把以等于Cx的增量可選的輔助電容值0到15Cx的總共十六個(gè)不同電容值并聯(lián)加入諧振天線(xiàn)電路中。
處理器12在包括圖2的流程圖所示的自動(dòng)調(diào)諧或調(diào)諧程序和頻率掃描程序的所存程序指令的控制下運(yùn)行。自動(dòng)調(diào)諧程序在加電時(shí)運(yùn)行并包括初級(jí)校準(zhǔn)程序，利用該程序，諧振天線(xiàn)電路在閱讀器的希望的主工作頻率被調(diào)諧至峰值諧振。在本序列中，天線(xiàn)電路在希望的工作RF頻率如125kHz被調(diào)諧至諧振。
這是一個(gè)連續(xù)的逼近處理，其中電容被調(diào)節(jié)以在當(dāng)前頻率如125kHz獲得諧振峰值。天線(xiàn)線(xiàn)圈和主調(diào)諧電容器的初始值被選擇，以便在開(kāi)關(guān)S1-S4斷開(kāi)的電路原始情況下天線(xiàn)振蕩回路的峰值諧振頻率是上面的希望工作頻率。通過(guò)在振蕩回路中增加并聯(lián)電容，峰值諧振頻率被變換為希望的頻率。這是通過(guò)下面的步驟實(shí)現(xiàn)的，即以一系列迭代的形式，在處理器12的軟件控制下閉合適當(dāng)組合的開(kāi)關(guān)S1-S4，增加電容量，直至在希望的頻率檢測(cè)到RF電壓峰值為止。
諧振峰值通過(guò)軟件監(jiān)視峰值檢測(cè)電路20的A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出來(lái)檢測(cè)。該峰值可通過(guò)測(cè)量在電容下降之前逐漸增加時(shí)的增加RF電壓來(lái)檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到下降時(shí)，在下降之前的最后一階增加的電容量被減去，實(shí)際上就返回了一階，從而使天線(xiàn)電路恢復(fù)到峰值電壓。天線(xiàn)電路現(xiàn)在則被校準(zhǔn)以在主或中心頻率諧振，從而使在希望頻率的閱讀器的RF場(chǎng)強(qiáng)最大。
本發(fā)明的第二方案試圖補(bǔ)償由閱讀器10檢測(cè)的ID標(biāo)記的頻率響應(yīng)的不準(zhǔn)確性。如前所述，ID標(biāo)記具有諧振天線(xiàn)電路，為了最佳的系統(tǒng)性能，它應(yīng)當(dāng)在閱讀器單元的工作頻率進(jìn)行峰值諧振。ID標(biāo)記的失諧操作可由瞬時(shí)環(huán)境影響如溫度變化或接近金屬物體而臨時(shí)產(chǎn)生，或者是由制造ID標(biāo)記時(shí)使用的元件公差產(chǎn)生的永久后果。失諧標(biāo)記通常在略微偏離系統(tǒng)的希望工作頻率的頻率達(dá)到峰值，并且通常仍可由在希望工作頻率運(yùn)行的鄰近閱讀器檢測(cè)。但是，由于標(biāo)記的天線(xiàn)電路在不是閱讀器發(fā)射頻率的頻率諧振，所以可讀出這些標(biāo)記的檢測(cè)范圍減小。這就要求在達(dá)到足夠的RF場(chǎng)強(qiáng)以啟動(dòng)標(biāo)記應(yīng)答器之前把標(biāo)記放得與閱讀器天線(xiàn)更近一些。
為了解決此問(wèn)題，存儲(chǔ)了一種由處理器12運(yùn)行的頻率掃描程序。掃描特征的實(shí)施方案需要選擇一些邊頻，這些邊頻通常以一定的間隔位于閱讀器的中心工作頻率的上面和下面。邊頻被選擇以覆蓋將包括失諧ID標(biāo)記的可能峰值頻率的足夠的頻帶。標(biāo)記總體的峰值頻率通常遵循鐘形統(tǒng)計(jì)分布曲線(xiàn)。大多數(shù)標(biāo)記將在它們希望的工作頻率附近結(jié)組，而不斷減少的標(biāo)記將不斷遠(yuǎn)離此頻率。因此，對(duì)于125kHz的標(biāo)準(zhǔn)中心頻率而言，可在中心頻率之下選擇121kHz和123kHz的邊頻以及中心頻率之上的127kHz和129kHz的邊頻，以用于8kHz的掃描頻帶。被調(diào)諧至略低于121kHz和高于129kHz的標(biāo)記也可利用減小的靈敏度讀出，但更好的靈敏度應(yīng)當(dāng)是以125kHz的單頻操作的傳統(tǒng)鄰近閱讀器的情況下的靈敏度。這些頻率僅僅是作為例子給出，也可以選擇不同的頻率和更多或更少的邊頻。
通過(guò)使用低-Q天線(xiàn)電路，閱讀器可在多個(gè)頻率操作，而不必進(jìn)行閱讀器天線(xiàn)電路的調(diào)諧的相應(yīng)調(diào)節(jié)。此實(shí)施方案在檢測(cè)失諧標(biāo)記時(shí)仍然比傳統(tǒng)單頻閱讀器有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閽呙杼幚碓诙鄠€(gè)頻率搜索標(biāo)記以找出每個(gè)特定標(biāo)記的最佳響應(yīng)頻率。盡管如此，這個(gè)實(shí)施方案還是會(huì)在偏離天線(xiàn)電路的峰值諧振頻率的這些頻率中的一些頻率產(chǎn)生低于最佳RF發(fā)射的場(chǎng)強(qiáng)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，自動(dòng)調(diào)諧序列被擴(kuò)展為包括確定使天線(xiàn)電路在每個(gè)要掃描的頻率即中心頻率和邊頻進(jìn)行峰值諧振所需的輔助電容值。為此，這些頻率被存儲(chǔ)為自動(dòng)調(diào)諧程序指令的一部分，并且自動(dòng)調(diào)諧序列針對(duì)每個(gè)頻率而執(zhí)行。在中心頻率和邊頻的整個(gè)調(diào)諧過(guò)程的結(jié)果是匹配每個(gè)頻率的電容值的數(shù)據(jù)表。此表存儲(chǔ)在處理器的存儲(chǔ)器中并由掃描程序?qū)ぶ芬栽趻呙栊蛄衅陂g保持天線(xiàn)諧振。
頻率掃描序列涉及在中心頻率和所選邊頻中的每個(gè)頻率按順序詢(xún)問(wèn)標(biāo)記，而不是在單個(gè)閱讀器工作頻率進(jìn)行傳統(tǒng)的詢(xún)問(wèn)。掃描在每個(gè)頻率執(zhí)行。執(zhí)行每次掃描的步驟是通過(guò)所存的數(shù)據(jù)表，合成特定頻率并閉合相應(yīng)的開(kāi)關(guān)組合，等待一個(gè)用以穩(wěn)定的簡(jiǎn)短頻率周期并收聽(tīng)I(yíng)D標(biāo)記的響應(yīng)。如果在適當(dāng)?shù)氖章?tīng)窗口內(nèi)標(biāo)記響應(yīng)由處理器12確認(rèn)，則掃描序列被停止，直到完成標(biāo)記響應(yīng)為止。如果在預(yù)置的時(shí)間間隔之后處理器12沒(méi)有接收和解碼有效的信號(hào)，則可認(rèn)為完成了標(biāo)記響應(yīng)。如果在分配的收聽(tīng)窗口內(nèi)未接收到有效的標(biāo)記響應(yīng)，或在完成有效的標(biāo)記響應(yīng)之后，另一個(gè)掃描在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表上的下一個(gè)頻率執(zhí)行。在閱讀器10的正常操作期間，在表中的所有邊頻和中心頻率間循環(huán)連續(xù)運(yùn)行連續(xù)的掃描，而只會(huì)被天線(xiàn)電路的周期性重調(diào)打斷。
在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，中心頻率天線(xiàn)校準(zhǔn)序列在閱讀器的操作期間被周期性重復(fù)，如每十秒鐘，以便補(bǔ)償可能會(huì)影響閱讀器天線(xiàn)電路調(diào)諧的閱讀器的環(huán)境變化。在重新校準(zhǔn)期間，在上次校準(zhǔn)期間所需的輔助電容值與當(dāng)前校準(zhǔn)所需的輔助電容進(jìn)行比較。如果這些值相等，則可以斷定沒(méi)有出現(xiàn)影響天線(xiàn)調(diào)諧的環(huán)境變化，并在此時(shí)結(jié)束重新校準(zhǔn)序列。另一方面，如果發(fā)現(xiàn)輔助電容值已改變，則重新校準(zhǔn)序列繼續(xù)，以再次調(diào)諧要掃描的每個(gè)邊頻的峰值天線(xiàn)諧振。
重新校準(zhǔn)序列由處理器12在非常短的時(shí)間如10毫秒內(nèi)執(zhí)行，并且通常不會(huì)干擾ID標(biāo)記檢測(cè)，這是因?yàn)闃?biāo)記存在于閱讀器的鄰近場(chǎng)中的時(shí)間通常遠(yuǎn)比校準(zhǔn)時(shí)間要長(zhǎng)。結(jié)果，盡管閱讀器的環(huán)境發(fā)生變化，包括諸如人或車(chē)輛在閱讀器附近經(jīng)過(guò)的只有幾秒的短期變化以及諸如天氣變化的長(zhǎng)期變化，但在希望的工作頻率的閱讀器的輻射信號(hào)強(qiáng)度基本上被最大化。
在執(zhí)行頻率掃描序列期間，只需啟動(dòng)開(kāi)關(guān)S1-S4而按順序把每個(gè)存儲(chǔ)的電容值接入天線(xiàn)電路中并設(shè)置適當(dāng)?shù)妮敵鲱l率就可以實(shí)現(xiàn)頻率掃描。相應(yīng)輸出頻率的設(shè)置非?？觳⑶也粫?huì)在掃描序列中引入明顯的延遲。通常，每個(gè)頻率被掃描約5-10毫秒。所有被選頻率的整個(gè)頻率掃描循環(huán)在遠(yuǎn)少于ID標(biāo)記在鄰近閱讀器的檢測(cè)場(chǎng)中的典型存在時(shí)間的時(shí)間周期內(nèi)完成，這樣一般不會(huì)由于掃描處理而丟失ID標(biāo)記的讀出。
在圖1的實(shí)施例中，數(shù)字處理器12被要求合成閱讀器的輸出頻率，以執(zhí)行峰值檢測(cè)，并執(zhí)行與以傳統(tǒng)方式編碼閱讀器輸出相關(guān)的其它所有數(shù)據(jù)處理，以用于詢(xún)問(wèn)ID標(biāo)記并通過(guò)標(biāo)記響應(yīng)解碼數(shù)據(jù)。由于較重的處理負(fù)載，所以選擇高性能的微處理器作為處理器12。目前優(yōu)選的器件是AT90S4414 RISK處理器。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的框圖。閱讀器30利用商用集成電路TEMEC U2270。此IC組合射頻振蕩器和峰值檢測(cè)電路，并自動(dòng)將其輸出頻率調(diào)節(jié)至天線(xiàn)電路的峰值諧振頻率。在此沒(méi)有對(duì)頻率輸出的外部控制，為此，頻率發(fā)生器和峰值檢測(cè)器在圖3中所示為單個(gè)塊32。IC32具有被連接用于驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)電路的RF頻率輸出34和也與天線(xiàn)電路連接以用于測(cè)量天線(xiàn)振蕩回路中的RF信號(hào)的振幅的RF電壓檢測(cè)輸入36。IC32還具有與數(shù)字處理器40的定時(shí)器連接的頻率反饋線(xiàn)38，以用于通過(guò)確定輸出波形邊沿與邊沿之間的時(shí)間來(lái)測(cè)量IC32的輸出頻率。
在鄰近閱讀器中傳統(tǒng)上使用IC32，特別是使用TEMEC U2270器件，但在傳統(tǒng)閱讀器中，輸出頻率最初由制造商通過(guò)調(diào)節(jié)可變天線(xiàn)線(xiàn)圈或電容器來(lái)設(shè)置，以匹配ID標(biāo)記被調(diào)諧到的頻率。但在之后，閱讀器易受環(huán)境的影響，環(huán)境影響可使其偏離其原始頻率設(shè)置。例如，如果閱讀器安裝在非常大的金屬塊附近，則天線(xiàn)電路的諧振頻率會(huì)變化。這將使IC32偏離其輸出頻率以匹配天線(xiàn)電路的新諧振頻率，并且傳統(tǒng)的閱讀器繼續(xù)在偏離ID標(biāo)記頻率的這個(gè)新頻率上操作。其結(jié)果就是明顯降低閱讀器的靈敏度并使系統(tǒng)性能下降。
而在圖3的新閱讀器30中，處理器40保持了對(duì)IC電路32的輸出頻率的積極控制。這是通過(guò)下面的步驟實(shí)現(xiàn)的即如上所述測(cè)量輸出頻率，并通過(guò)控制天線(xiàn)電路的峰值諧振頻率迫使IC32調(diào)節(jié)其輸出頻率。這最后一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)啟動(dòng)電容階梯22的開(kāi)關(guān)S1-S4把適當(dāng)?shù)妮o助并聯(lián)電容加到天線(xiàn)電路中而實(shí)現(xiàn)的。與第一所述實(shí)施例的情況一樣，天線(xiàn)電路最初被設(shè)置為在較高的頻率諧振并且輔助電容通過(guò)閉合適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)S1-S4來(lái)添加，直到天線(xiàn)電路的峰值響應(yīng)移動(dòng)到希望的頻率為止。這將由處理器40通過(guò)測(cè)量將遵循天線(xiàn)電路的峰值諧振頻率的IC32的頻率輸出來(lái)檢測(cè)。也就是說(shuō)，IC32的輸出頻率通過(guò)偏移天線(xiàn)電路的諧振頻率而間接控制。
在本發(fā)明的這個(gè)第二實(shí)施例中，天線(xiàn)峰值諧振和輸出頻率均只需利用開(kāi)關(guān)S1-S4選擇相應(yīng)的輔助電容值就能被設(shè)置為希望的頻率。因此，閱讀器30通過(guò)閉合適當(dāng)組合的這些開(kāi)關(guān)可被完全調(diào)諧至特定的頻率。閱讀器30的初級(jí)校準(zhǔn)涉及找出將使IC32輸出閱讀器的希望工作頻率的輔助電容值，這將在處理器40適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)的控制下進(jìn)行。類(lèi)似地，可針對(duì)一些要被掃描的附加邊頻校準(zhǔn)閱讀器，以搜索失諧的ID標(biāo)記。邊頻校準(zhǔn)類(lèi)似于中心頻率校準(zhǔn)。以開(kāi)關(guān)地址形式對(duì)應(yīng)于這些頻率中的每個(gè)頻率的輔助電容值被存儲(chǔ)在由掃描程序存取的表中，該程序的目的與結(jié)合第一實(shí)施例所述的頻率掃描程序的目的相同。除了只需根據(jù)存儲(chǔ)的表設(shè)置開(kāi)關(guān)S1-S4就能夠設(shè)置頻率并且不必存儲(chǔ)其它頻率數(shù)據(jù)之外，此第二實(shí)施例中的頻率掃描程序基本上與結(jié)合上述第一實(shí)施例所述的程序相同。
在此實(shí)施例中，大部分RF頻率發(fā)生和處理是由IC32執(zhí)行的，從而允許選擇較低功率的微處理器設(shè)備用作處理器40。目前優(yōu)選的微處理器是ATMEL 89C55設(shè)備，它是8051微處理器的變體。同一設(shè)備的其它密切相關(guān)的變體可從其它幾個(gè)半導(dǎo)體制造商處獲得。
在兩個(gè)所述實(shí)施例之任一實(shí)施例中的天線(xiàn)電路自動(dòng)調(diào)諧和頻率掃描程序的詳細(xì)實(shí)施方案可有明顯的不同，同時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的。在此不需要詳細(xì)的程序信息或列表，因?yàn)檫@種程序設(shè)計(jì)不會(huì)超出掌握和熟悉在現(xiàn)有鄰近閱讀器系統(tǒng)中使用的微處理器的傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)人員所擁有的普通技術(shù)的范圍。
所述和所示的本發(fā)明特定實(shí)施例只是為了便于理解和作為實(shí)例的目的。在不背離下面的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的情況下，本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將會(huì)理解所述實(shí)施例的許多變化、替代和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器，該閱讀器具有頻率發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)中心頻率和多個(gè)邊頻；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射所述中心頻率和所述邊頻以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答器標(biāo)記；以及與所述天線(xiàn)電路連接的微處理器，用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；天線(xiàn)諧振調(diào)諧裝置，包括所述天線(xiàn)電路中的可選阻抗和用于選擇所述阻抗的值的調(diào)諧程序裝置，以便在所述中心頻率和所述邊頻中的每個(gè)頻率基本上優(yōu)化所述天線(xiàn)電路的最大輻射信號(hào)的電抗，從而盡可能增加發(fā)射器的工作范圍并用于存儲(chǔ)由所述調(diào)諧程序裝置參考的所述值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出器，其中所述可選阻抗是可由所述微處理器尋址的多個(gè)電容，并且所述阻抗值被存儲(chǔ)為表示所述電容的地址的表。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的讀出器，其中所述電容被二進(jìn)制加權(quán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出器，其中一旦讀出器初始加電就執(zhí)行所述調(diào)諧程序裝置以補(bǔ)償環(huán)境對(duì)天線(xiàn)電路諧振的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的讀出器，其中所述調(diào)諧程序裝置在讀出器的操作期間以周期性間隔來(lái)執(zhí)行，以使天線(xiàn)電路的電抗被重調(diào)以補(bǔ)償在讀出器操作期間環(huán)境變化對(duì)天線(xiàn)電路的諧振的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出器，還包括掃描程序裝置，用于執(zhí)行掃描序列，包括通過(guò)所述邊頻和中心頻率中的每個(gè)頻率按順序接通所述頻率發(fā)生器，從而增加失諧應(yīng)答器標(biāo)記的詢(xún)問(wèn)范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的讀出器，其中所述掃描程序裝置還用于在所述微處理器一檢測(cè)到來(lái)自應(yīng)答器標(biāo)記的響應(yīng)就中斷所述掃描序列并用于在完成所述響應(yīng)時(shí)重新開(kāi)始所述掃描序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出器，其中所述天線(xiàn)諧振調(diào)諧裝置包括峰值檢測(cè)電路，用于修改所述頻率發(fā)生器的輸出頻率以獲得天線(xiàn)電路的峰值諧振；及所述調(diào)諧程序裝置，用于選擇所述阻抗的值以有效地把所述輸出頻率變?yōu)橄Ｍ念l率，這樣，所述天線(xiàn)電路的電抗可在所述希望的頻率得以?xún)?yōu)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出器，其中所述微處理器和所述調(diào)諧程序裝置用于測(cè)量所述輸出頻率并用于存儲(chǔ)與所述希望頻率相關(guān)的所述阻抗值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的讀出器，其中所述希望的頻率包括多個(gè)頻率，并且所述調(diào)諧程序裝置用于存儲(chǔ)與所述多個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的阻抗值的表。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的讀出器，其中所述多個(gè)頻率包括所述中心頻率和所述邊頻。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出器，其中所述頻率發(fā)生器在所述微處理器之外并包括共用集成電路設(shè)備上的所述峰值檢測(cè)電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出器，其中所述頻率發(fā)生器在所述微處理器內(nèi)部并包括晶控時(shí)鐘和由所述調(diào)諧程序裝置控制的時(shí)鐘分頻器，以用于設(shè)置所述中心頻率和所述邊頻。
14.一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器，該閱讀器具有頻率發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生輸出頻率；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射所述輸出頻率以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答器標(biāo)記；與所述天線(xiàn)電路連接的微處理器，用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；天線(xiàn)諧振調(diào)諧裝置，包括所述天線(xiàn)電路中的可選阻抗和用于選擇和存儲(chǔ)所述阻抗的值的程序裝置，以便在所述輸出頻率基本上優(yōu)化所述天線(xiàn)電路的電抗，從而盡可能增加發(fā)射器的工作范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的讀出器，還包括掃描程序裝置，用于通過(guò)多個(gè)頻率按順序切換所述輸出頻率以改善用于較寬松的頻差容限的應(yīng)答器標(biāo)記的詢(xún)問(wèn)。
16.一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器，該閱讀器具有頻率發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生輸出頻率；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射所述輸出頻率以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答器標(biāo)記；與所述天線(xiàn)電路連接的微處理器，用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；掃描程序裝置，用于通過(guò)多個(gè)頻率按順序切換所述輸出頻率以改善用于較寬松的頻差容限的應(yīng)答器標(biāo)記的詢(xún)問(wèn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的鄰近讀出器，還包括天線(xiàn)諧振調(diào)諧裝置，該裝置包括所述天線(xiàn)電路中的可選阻抗和用于在所述多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率選擇和存儲(chǔ)所述阻抗的值的調(diào)諧程序裝置，和用于在所述輸出頻率中的一個(gè)相應(yīng)頻率把每個(gè)所選阻抗值連接到所述天線(xiàn)電路的裝置，從而在所述輸出頻率中的每個(gè)頻率基本上優(yōu)化所述天線(xiàn)電路的電抗并盡可能增加發(fā)射器的工作范圍。
18.一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器，該閱讀器具有頻率發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)中心頻率和多個(gè)邊頻；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射所述中心頻率和所述邊頻以詢(xún)問(wèn)應(yīng)答器標(biāo)記；以及與所述天線(xiàn)電路連接的微處理器，用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；在所述天線(xiàn)電路中的可尋址可變調(diào)諧電容和調(diào)諧程序裝置，用于尋址所述調(diào)諧電容并檢測(cè)所述天線(xiàn)電路中的所述電容的不同電容值的信號(hào)振幅，以建立表示電容值的地址的表，以在所述中心頻率和所述邊頻中的每個(gè)頻率產(chǎn)生最佳信號(hào)振幅，從而優(yōu)化讀出器的工作范圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的讀出器，還包括峰值檢測(cè)電路，用于修改所述發(fā)生器的輸出頻率以獲得天線(xiàn)電路的峰值諧振，并且其中所述調(diào)諧程序裝置用于選擇所述調(diào)諧電容的值，以有效地把所述輸出頻率變換為中心頻率和邊頻之一，使得所述天線(xiàn)電路的電抗在所述頻率得以?xún)?yōu)化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的讀出器，其中所述微處理器和所述調(diào)諧程序裝置用于確定所述輸出頻率的周期的時(shí)間以測(cè)量輸出頻率，并用于存儲(chǔ)與等于中心頻率和邊頻中的每個(gè)頻率的輸出頻率相關(guān)的所述調(diào)諧電容的值的表。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的讀出器，還包括掃描程序裝置，用于執(zhí)行掃描序列，包括通過(guò)所述邊頻和所述中心頻率中的每個(gè)頻率按順序接通所述頻率發(fā)生器，從而增加失諧轉(zhuǎn)發(fā)器標(biāo)記的詢(xún)問(wèn)范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求6的讀出器，其中所述掃描程序裝置還用于在所述微處理器一檢測(cè)到來(lái)自應(yīng)答器標(biāo)記的響應(yīng)就中斷所述掃描序列并用于在完成所述響應(yīng)時(shí)重新開(kāi)始所述掃描序列。
23.一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的鄰近閱讀器，該閱讀器具有微處理器，用于通過(guò)分割晶控時(shí)鐘頻率而在一個(gè)或多個(gè)輸出頻率產(chǎn)生詢(xún)問(wèn)信號(hào)；天線(xiàn)電路，被連接用于輻射所述輸出頻率并與所述微處理器連接以用于接收和解碼應(yīng)答器標(biāo)記信息；天線(xiàn)諧振調(diào)諧裝置，包括可選阻抗和與所述微處理器共同操作的調(diào)諧程序裝置以用于選擇所述阻抗的相應(yīng)值，以便在所述一個(gè)或多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率基本上優(yōu)化所述天線(xiàn)電路的最大輻射信號(hào)的電抗，還包括用于存儲(chǔ)每個(gè)所述相應(yīng)值的存儲(chǔ)裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的讀出器，其中所述一個(gè)或多個(gè)頻率包括多個(gè)頻率，并且還包括掃描程序裝置，用于執(zhí)行掃描序列，包括通過(guò)所述多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率按順序接通所述頻率發(fā)生器并且同時(shí)把電容的所述相應(yīng)值接入天線(xiàn)電路，以在所述每個(gè)頻率使詢(xún)問(wèn)范圍最大，從而更好地檢測(cè)失諧應(yīng)答器標(biāo)記的存在。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的讀出器，其中所述掃描程序裝置還用于在所述微處理器一檢測(cè)到來(lái)自應(yīng)答器標(biāo)記的響應(yīng)就中斷所述掃描序列并用于在完成所述響應(yīng)時(shí)重新開(kāi)始所述掃描序列。
全文摘要
用于射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)的鄰近閱讀器(10)使用微處理器(12)和峰值檢測(cè)器(20)進(jìn)行編程以用于確定和存儲(chǔ)用于調(diào)諧電容器(22)的最佳天線(xiàn)阻抗,以便在振蕩器(18)產(chǎn)生并由天線(xiàn)(14)輻射的多個(gè)工作頻率中的每個(gè)頻率實(shí)現(xiàn)峰值天線(xiàn)諧振。天線(xiàn)諧振在加電時(shí)達(dá)到峰值并在操作期間周期性地補(bǔ)償環(huán)境失調(diào)影響。讀出器(10)掃描多個(gè)頻率以更有效地搜索失諧識(shí)別標(biāo)記。
文檔編號(hào)G06K7/08GK1367915SQ00804940
公開(kāi)日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2000年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者R·瓦特金斯 申請(qǐng)人:聲音工藝公司