專(zhuān)利名稱(chēng)：多模rfid閱讀器和rfid閱讀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種RFID系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別(RJFID)系統(tǒng)通常包括閱讀器和遠(yuǎn)端標(biāo)簽，前者也可稱(chēng)為詢(xún)問(wèn)器， 后者也可稱(chēng)為應(yīng)答器。每一個(gè)標(biāo)簽存儲(chǔ)有用于識(shí)別某個(gè)人、某商品、某箱包或 其它物體的識(shí)別信息或其它數(shù)據(jù)，或者與某個(gè)人、某商品、某箱包或其它物體 相關(guān)的識(shí)別信息或其它數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)可使用包含內(nèi)置電源(諸如電池)的有 源標(biāo)簽，和/或使用不包含內(nèi)置電源的無(wú)源標(biāo)簽而由閱讀器遠(yuǎn)程供電。
閱讀器和遠(yuǎn)端標(biāo)簽之間的通信通過(guò)射頻(RF)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，要想 訪問(wèn)存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽上的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，RFID閱讀器首先生成調(diào)制RF詢(xún)問(wèn)信號(hào)， 激發(fā)標(biāo)簽發(fā)出調(diào)制RF響應(yīng)。這個(gè)來(lái)自標(biāo)簽的RF響應(yīng)包含存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽 上的編碼標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。RFID對(duì)該編碼標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，以此來(lái)識(shí)別與此RFID 標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的某個(gè)人、某商品、某箱包或其它物體。對(duì)無(wú)源標(biāo)簽而言，RFID 閱讀器還會(huì)生成未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波(CW)信號(hào)，以激活標(biāo)簽并在數(shù)據(jù)傳輸過(guò) 程中為其供電。
通常，RFID系統(tǒng)既可以使用遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)也可以使用近場(chǎng)技術(shù)。在遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù) 中，RFID閱讀器與標(biāo)簽之間的距離比載波信號(hào)的波長(zhǎng)大。通常，遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)使 用超高頻或微波頻率頻段的載波信號(hào)。在遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用中，RFID閱讀器生成RF 信號(hào)，并通過(guò)天線將RF信號(hào)發(fā)往該天線覆蓋范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽。收到該RF 信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽使用反向散射技術(shù)對(duì)閱讀器進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)收到的RF信 號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后將其反射回去。
在近場(chǎng)技術(shù)中，操作距離小于載波信號(hào)的波長(zhǎng)。這樣，根據(jù)載波頻率，閱 讀距離大約被限制在20cm之內(nèi)。在近場(chǎng)應(yīng)用中，RFID閱讀器和標(biāo)簽通過(guò)閱讀器與標(biāo)簽線圈天線之間的電磁或互感耦合(inductive coupling)在彼此之間 進(jìn)行通信。 一般近場(chǎng)技術(shù)使用低頻載波信號(hào)。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已制定出RFID標(biāo)準(zhǔn)，即ISO 18000系列標(biāo)準(zhǔn)。ISO 18000系列標(biāo)準(zhǔn)描述了特別用于供應(yīng)鏈中的貨物追蹤的RFID系統(tǒng)的空中接口 協(xié)議。ISO 18000系列具有七部分，覆蓋了全球RFID系統(tǒng)使用的主要頻率。 這七部分包括
18000-1:全球接收頻率空中接口的一般參數(shù)；
18000-2:低于135KHz通信的空中接口的參數(shù)；
18000-3:13.56 MHz通信的空中接口的參數(shù)；
18000-4: 2.45 GHz通信的空中接口的參數(shù)；
18000-5: 5.8 GHz通信的空中接口的參數(shù)；
18000-6: 860-930 MHz通信的空中接口的參數(shù)；
18000-7: 433.92 MHz通信的空中接口的參數(shù)。
根據(jù)ISO 18000系列的ISO 18000-2和18000-3部分，使用電磁/感應(yīng)耦合 的近場(chǎng)技術(shù)適用低于135 KHz (LF)的低頻或13.56 MHz高頻(HF)的空中接口 協(xié)議。閱讀器和標(biāo)簽所使用的通信協(xié)議通常是一種負(fù)載調(diào)制技術(shù)。
使用RF耦合的遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)包括ISO定義的三個(gè)空中接口，分別是依據(jù) ISO18000-5的2.45GHz微波頻率、依據(jù)ISO 18000-6的860MHz-930MHz的 超高頻(UHF)頻段和依據(jù)ISO 18000-7的433.92MHz UHF。對(duì)于860-930 MHz 的超高頻，ISO 18000-6定義了 A型和B型兩種標(biāo)簽類(lèi)型，其閱讀器至標(biāo)簽 的鏈接規(guī)定包括33 kbps或40 kbps的數(shù)據(jù)率、幅移鍵控(ASK)調(diào)制和數(shù)據(jù)的 雙相空間(FMO)編碼。
另外，全球產(chǎn)品電子代碼1類(lèi)2代(EPC global Class 1， Generation 2)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)在UHF頻段標(biāo)簽與閱讀器鏈接數(shù)據(jù)率為40至640 kbps、使用 ASK或相移鍵控(PSK)調(diào)制、雙相空間(FMO)數(shù)據(jù)編碼或Miller調(diào)制子載波。
總體來(lái)說(shuō)，采用近場(chǎng)技術(shù)、工作在低頻(LF)或高頻(HF)的RFID閱讀器已 應(yīng)用在涉及供應(yīng)鏈管理的存貨控制中的商品級(jí)標(biāo)簽閱讀，或短距離閱fe，如智 能卡或接近式信用卡(vicinity credit card),應(yīng)用于進(jìn)出控制或貨幣使用、護(hù)照、賬單鑒定、銀行文件等。這些應(yīng)用不需要遠(yuǎn)距離閱讀標(biāo)簽，但需要近場(chǎng)技術(shù)所 提供的更高安全性。此外，近場(chǎng)技術(shù)在閱讀液體(如液態(tài)藥劑)附近的標(biāo)簽時(shí)具
有較好的性能，而遠(yuǎn)場(chǎng)RF耦合使用于這種場(chǎng)合會(huì)出現(xiàn)液體干擾現(xiàn)象。
采用遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)在微波或UHF頻段進(jìn)行RF耦合的RFID閱讀器已應(yīng)用于涉 及貨運(yùn)單元的標(biāo)簽閱讀如貨盤(pán)或箱包級(jí)追蹤，或應(yīng)用于其它需要遠(yuǎn)距離閱讀的 場(chǎng)合。
現(xiàn)有的RFID閱讀器包括在一塊CMOS集成電路上實(shí)現(xiàn)的控制器或微處 理器，和在另外一塊或多塊其他CMOS、 BiCMOS或GaAs集成電路上實(shí)現(xiàn)的 射頻模塊，這些集成電路是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，以在特定技術(shù)(例如近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)) 中達(dá)到最佳信號(hào)處理效果，但這些集成電路卻無(wú)法同時(shí)在上述兩種技術(shù)技術(shù)中 達(dá)到最佳信號(hào)處理效果。這些不同類(lèi)型的技術(shù)和不同RFID標(biāo)準(zhǔn)(每種標(biāo)準(zhǔn)都 定義了用于在閱讀器與標(biāo)簽之間進(jìn)行通信的不同協(xié)議)限制了 RFID閱讀器在 多種應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛使用。因此，需要一種高度集成且成本低廉的RFID閱讀 器。此外，還需要一種適用于多種標(biāo)準(zhǔn)、多種技術(shù)的RFID閱讀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種多模 射頻識(shí)別(RFID)閱讀器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種多模RFID閱讀器，包括
基帶處理模塊，其用于將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站調(diào)制信息及將編碼入站信號(hào) 轉(zhuǎn)換成入站數(shù)據(jù)；
發(fā)射器，用于將出站調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成上變頻出站信號(hào)；
遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)；
近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)；
發(fā)射復(fù)用器，用于當(dāng)多模RPID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)將上變頻出站信 號(hào)輸出給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)將上變頻出站 信號(hào)輸出給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)；
接收復(fù)用器，用于當(dāng)多模RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)從近場(chǎng)線圈結(jié)禾勾輸入入站信號(hào)，當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)輸入入 站信號(hào)；
接收器，用于將入站信號(hào)下變頻轉(zhuǎn)換成編碼入站信號(hào)。
作為優(yōu)選，所述遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)包括
天線；
與天線相連的平衡-不平衡變壓器。 作為優(yōu)選，所述近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)線圈；
與所述多個(gè)線圈相連的多個(gè)電容。 作為優(yōu)選，所述發(fā)射器包括 基于出站調(diào)制信息得以調(diào)制的電流源；及 與所述電流源相連的輸入晶體管。 作為優(yōu)選，所述發(fā)射復(fù)用器包括
復(fù)用晶體管，其在近場(chǎng)模式下將輸入晶體管與近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連，在遠(yuǎn)場(chǎng) 模式下將輸入晶體管與遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)相連。 作為優(yōu)選，所述復(fù)用晶體管包括-
與輸入晶體管及近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連的第一組晶體管，其中第一組晶體管中 的每一只晶體管包含一個(gè)觸發(fā)輸入端；及
與輸入晶體管及遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)相連的第二組晶體管，其中第二組晶體管中 的每一只晶體管包含一個(gè)觸發(fā)輸入端。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射器在近場(chǎng)模式下向發(fā)射復(fù)用器發(fā)送信號(hào)，以觸發(fā)第一
組晶體管發(fā)射，及在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下向發(fā)射復(fù)用器發(fā)送信號(hào)，以觸發(fā)第二組晶體管發(fā)射。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射器包括 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，其包括
功率放大器，其輸出端與輸入晶體管的輸入端相連；
多個(gè)電容，其可配置地與功率放大器的輸出端及輸入晶體管的輸入端相多個(gè)電感，基與功率放大器的輸出端及輸入晶體管的輸入端相連。 作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊
在近場(chǎng)模式下使用第一編碼協(xié)議編碼出站數(shù)據(jù)，在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下使用第二編 碼協(xié)議編碼出站數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)選，所述上變頻出站信號(hào)和入站信號(hào)是超高頻(UHF)頻段信號(hào)。
作為優(yōu)選，所述帶處理模塊能夠向發(fā)射器發(fā)送一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)，其中 響應(yīng)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)發(fā)射器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式或近場(chǎng)模式。 作為優(yōu)選，所述發(fā)射器還能夠-
當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)指示近場(chǎng)模式工作時(shí)，向發(fā)射復(fù)用器發(fā)送信
號(hào)，以將上變頻出站信號(hào)傳送給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)；及
當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)指示遠(yuǎn)場(chǎng)模式工作時(shí)，向向發(fā)射復(fù)用器發(fā)送信 號(hào)，以將上變頻出站信號(hào)傳送給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)。
作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊還能夠向發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，其中該信號(hào)指示 發(fā)射器在近場(chǎng)模式下工作或在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下工作。
作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊能夠
響應(yīng)接收到的來(lái)自一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度指示，編碼數(shù)據(jù)信號(hào)命令以
便發(fā)射器以遠(yuǎn)場(chǎng)模式發(fā)射至所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，使其在近場(chǎng)模式下工作；
當(dāng)從一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽接收到有關(guān)獲悉該命令的回執(zhí)的解碼數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，向 發(fā)射器發(fā)射一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)，使其在近場(chǎng)模式下向所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽發(fā) 射信號(hào)。
作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊能夠
響應(yīng)接收到的來(lái)自一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度指示或基帶處理模塊無(wú)法 解碼的入站編碼信號(hào)，編碼數(shù)據(jù)信號(hào)命令以便發(fā)射器以近場(chǎng)模式發(fā)射至所述一
個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，使其在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下工作；
當(dāng)從一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽接收到有關(guān)獲悉該命令的回執(zhí)的解碼數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，向 發(fā)射器發(fā)射一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)，使其在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下向所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽發(fā) 射信號(hào)。 ('
作為優(yōu)選，所述多模RFID閱讀器默認(rèn)的工作模式為遠(yuǎn)場(chǎng)模式。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種射頻識(shí)別(RFID)閱讀器，包括 基帶處理模塊，其用于將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù)據(jù)及將出站編碼數(shù)據(jù)
轉(zhuǎn)換成出站調(diào)制信息；
發(fā)射器，用于將出站調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成上變頻出站信號(hào)；
發(fā)射復(fù)用器，用于
在近場(chǎng)模式下，將上變頻出站信號(hào)耦合給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，以感應(yīng)耦合給一
個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽；及
在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，將上變頻出站信號(hào)耦合給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)，以射頻(RF)耦合 給一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
作為優(yōu)選，所述RFID閱讀器還包括
接收復(fù)用器，用于
當(dāng)多模RJFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)從近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)接收入站信號(hào)； 當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)接收入站信號(hào)； 將接收到的入站信號(hào)傳送給接收器。
作為優(yōu)選，所述接收器用于將UHF入站信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼入站信號(hào)。 作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊用于
在近場(chǎng)模式下使用第一編碼協(xié)議將編碼入站信號(hào)轉(zhuǎn)換為入站數(shù)據(jù)；及 在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下使用第二編碼協(xié)議將編碼入站信號(hào)轉(zhuǎn)換為入站數(shù)據(jù)。 作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊用于
在近場(chǎng)模式下使用第一編碼協(xié)議將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù)據(jù)；及 在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下使用第二編碼協(xié)議將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù)據(jù)。 作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊用于
當(dāng)所述RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)，編碼數(shù)據(jù)信號(hào)命令，以遠(yuǎn)場(chǎng)模式 發(fā)射至一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，使其工作在近場(chǎng)模式；
當(dāng)從所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽接收到有關(guān)獲悉該命令的回執(zhí)的解碼入站數(shù)據(jù)， 使RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式。
作為優(yōu)選，所述基帶處理模塊用于當(dāng)所述RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)，編碼數(shù)據(jù)信號(hào)命令，以近場(chǎng)模式 發(fā)射至一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，使其工作在近場(chǎng)模式；
當(dāng)從所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽接收到有關(guān)獲悉該命令的回執(zhí)的解碼入站數(shù)據(jù)， 使RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射復(fù)用器包括
與輸入晶體管及近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連的第一組晶體管，用于在近場(chǎng)模式下將 上變頻出站信號(hào)耦合給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，以感應(yīng)耦合給一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽；
與輸入晶體管及遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)相連的第二組晶體管，用于在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下將 上變頻出站信號(hào)耦合給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)，以RF耦合給一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽；及
其中發(fā)射器在近場(chǎng)模式下給發(fā)射復(fù)用器發(fā)送觸發(fā)第一組晶體管的命令，在 遠(yuǎn)場(chǎng)模式下給發(fā)射復(fù)用器發(fā)送觸發(fā)第二組晶體管的命令。
作為優(yōu)選，所述上變頻出站信號(hào)在近場(chǎng)模式下和遠(yuǎn)場(chǎng)模式下都是超高頻 (UHF)頻段信號(hào)。
本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)、各個(gè)方面和創(chuàng)新特征，以及其中所示例的實(shí)施例的細(xì) 節(jié)，將在以下的描述和附圖中進(jìn)行詳細(xì)介紹。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的RFID系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖4a是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器一實(shí)施例的近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)場(chǎng)
天線結(jié)構(gòu)的示意圖4b是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器另一實(shí)施例的近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)
場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)的示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器的發(fā)射復(fù)用器和發(fā)射器的實(shí)施例的
結(jié)構(gòu)示意圖6是根據(jù)本發(fā)明的多模RFID閱讀器的發(fā)射器中發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路模塊的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該RFID系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)/ 服務(wù)器12、多個(gè)RFID閱讀器14-18和多個(gè)RFID標(biāo)簽20-30。 RFID標(biāo)簽20-30 中的每一個(gè)都與特定目標(biāo)物(object)相關(guān)聯(lián)，可用于實(shí)現(xiàn)多種目的，例如但不限 于，追蹤存貨、追蹤狀態(tài)、位置確定、裝配進(jìn)度(assembly progress)等。RFID 標(biāo)簽可以是包含內(nèi)置電源的有源裝置，也可以是由RFID閱讀器14-18供電的 無(wú)源裝置。
每一個(gè)RFID閱讀器14-18都與其覆蓋區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽 20-30進(jìn)行無(wú)線通信。例如，RFID標(biāo)簽20和22位于RFID閱讀器14的覆蓋 區(qū)域內(nèi)，RFID標(biāo)簽24和26位于RFID閱讀器16的覆蓋區(qū)域內(nèi)，RFID標(biāo)簽 28和30位于RFID閱讀器18的覆蓋區(qū)域內(nèi)。在遠(yuǎn)場(chǎng)工作模式中，RFID閱讀 器14-18與RPID標(biāo)簽20-30之間的RF通信方法是采用遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)的反向散射 (backscattering)耦合技術(shù)，其中，RFID閱讀器14-18通過(guò)RF信號(hào)向RFID標(biāo) 簽20-30請(qǐng)求數(shù)據(jù)，RFID標(biāo)簽20-30響應(yīng)其所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，對(duì)RFID閱讀器 14-18發(fā)來(lái)的RF信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后將其反向散射。在近場(chǎng)工作模式中，RFID 閱讀器14-18與RFID標(biāo)簽20-30之間的通信方法采用磁或感應(yīng)耦合技術(shù)，其 中，RPID閱讀器14-18通過(guò)RF信號(hào)以磁或感應(yīng)耦合方式連接到RFID標(biāo)簽 20-30，以此來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽20-30上的數(shù)據(jù)。因而，在本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施例中，RFID閱讀器14-18可以使用遠(yuǎn)場(chǎng)模式與具有遠(yuǎn)場(chǎng)模式性能的RFID 標(biāo)簽20-30進(jìn)行通信，并可使用近場(chǎng)模式與具有近場(chǎng)模式性能的RFID標(biāo)簽 20-30進(jìn)行通信。
RFID閱讀器14-18從其覆蓋區(qū)域內(nèi)的每個(gè)RFID標(biāo)簽20-30中采集計(jì)算機(jī) /服務(wù)器12可能請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)隨后通過(guò)有線或無(wú)線連接32，和/ 或通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信34傳送給計(jì)算機(jī)/服務(wù)器12。此外，和/或作為選擇，計(jì)算 機(jī)/服務(wù)器12還可通過(guò)相關(guān)的RFID閱讀器14-18將數(shù)據(jù)發(fā)往RFID標(biāo)簽20-30 之中的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。這種下載的信息是與應(yīng)用有關(guān)的，內(nèi)容上可能是千差萬(wàn)別的。在收到下載的數(shù)據(jù)后，rfid標(biāo)簽20-30可將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失 性存儲(chǔ)器中。
如上所述，rfid閱讀器14-18還可選擇使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通信，這樣一來(lái)， 每個(gè)rfid閱讀器就不需要使用到計(jì)算機(jī)/服務(wù)器12的單獨(dú)的有線或無(wú)線連接 32 了。例如，rfid閱讀器14和rfid閱讀器16可使用反向散射技術(shù)、無(wú)線 LAN技術(shù)和/或其它無(wú)線通信技術(shù)，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行通信。在這種情況下， rfid閱讀器16可不具備到計(jì)算機(jī)/服務(wù)器12的有線或無(wú)線連接32。而在有些 實(shí)施例中，rfid閱讀器16和計(jì)算機(jī)/服務(wù)器12之間的通信通過(guò)有線或無(wú)線連 接32傳送，該有線或無(wú)線連接32可使用任意有線標(biāo)準(zhǔn)(例如以太網(wǎng)、火線等) 和/或無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)(例如IEEE802.11x、藍(lán)牙等)。
在其它一些實(shí)施例中，可對(duì)圖1中的rfid系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，使其包括分布
在所需位置(例如建筑物、辦公場(chǎng)所等)范圍內(nèi)的眾多rfid閱讀器14-18，
而rfid標(biāo)簽可與出入卡，智能卡、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦、
個(gè)人計(jì)算機(jī)、存貨、貨盤(pán)、箱包、設(shè)備、人員等相關(guān)聯(lián)。此外，應(yīng)注意，計(jì)算
機(jī)/服務(wù)器12還可連接到另一服務(wù)器和/或網(wǎng)絡(luò)連接，以便能夠提供廣域網(wǎng)覆 蘭
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的多模rfid閱讀器40的結(jié)構(gòu)示意圖，其可 以是圖1所示rfid閱讀器14-18之一。多模rfid閱讀器40可以使用遠(yuǎn)場(chǎng) 模式與具有遠(yuǎn)場(chǎng)模式性能的rfid標(biāo)簽20-30進(jìn)行通信和/或使用近場(chǎng)模式與 具有近場(chǎng)模式性能的rfid標(biāo)簽20-30進(jìn)行通信。多模rfid閱讀器40包括 發(fā)射器42、接收器44和基帶處理模塊46。多模rfid閱讀器40還包括發(fā)射 復(fù)用器48和接收復(fù)用器50。發(fā)射復(fù)用器48和接收復(fù)用器50都與遠(yuǎn)場(chǎng)天線 結(jié)構(gòu)52和近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54相耦合。
基帶處理模塊46、發(fā)射器42和接收器44可以是單個(gè)處理器件或多個(gè)處 理器件。這樣的處理器件可以是微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、微計(jì) 算機(jī)、中央處理單元、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、可編程邏輯器件、狀態(tài)機(jī)、邏輯電 路、模擬電路、數(shù)字電路，和/或任何一種基于硬編碼和/或操作指令對(duì)信號(hào)(模 擬和/或數(shù)字)進(jìn)行處理的器件。 一個(gè)或多個(gè)模塊可帶有相關(guān)的存儲(chǔ)組f牛，該存儲(chǔ)組件可以是單個(gè)存儲(chǔ)器件、多個(gè)存儲(chǔ)器件，和/或嵌入模塊中的電路。這樣 的存儲(chǔ)器件可以是只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器、易失存儲(chǔ)器、非易失存儲(chǔ)器、 靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、閃存、緩沖存儲(chǔ)器，和/或任意一種能夠存儲(chǔ)數(shù)字 信息的存儲(chǔ)器件。需注意的是，當(dāng)模塊通過(guò)狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路和/ 或邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其一種或多種功能時(shí)，存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)操作指令的上述存儲(chǔ)組件可 內(nèi)嵌于包含上述狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路和/或邏輯電路的電路之中，或 位于該電路的外部。還應(yīng)注意的是，該存儲(chǔ)組件所存儲(chǔ)的、將由模塊來(lái)執(zhí)行的
是對(duì)應(yīng)于下面圖1至6中至少一部分步驟和/或功能的硬編碼和/或操作指令。
在操作中，基帶處理模塊46將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為出站調(diào)制信息56，并將出 站調(diào)制信息56傳送至發(fā)射器42。發(fā)射器42將出站調(diào)制信息56轉(zhuǎn)換成上變頻 出站信號(hào)58。上變頻出站信號(hào)58的載波頻率在RF頻段和/或微波頻段。在一 個(gè)實(shí)施例中，上變頻出站信號(hào)58的頻率在UHF頻段，在一個(gè)特定的實(shí)施例中， 上變頻出站信號(hào)58在860MHz-930MHzr的UHF頻段內(nèi)。發(fā)射器42與發(fā)射復(fù) 用器48相連。發(fā)射復(fù)用器48從發(fā)射器42接收上變頻出站信號(hào)58,并當(dāng)RFID 閱讀器40工作在近場(chǎng)模式時(shí)將上變頻出站信號(hào)58耦合給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54， 而當(dāng)RFID閱讀器40工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)，將上變頻出站信號(hào)58輸出給遠(yuǎn)場(chǎng)天 線結(jié)構(gòu)52。
對(duì)于信號(hào)接收來(lái)說(shuō)，由近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54或遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52檢測(cè)出入站 UHF信號(hào)60。當(dāng)RFID閱讀器40工作在近場(chǎng)模式時(shí)接收復(fù)用器50將來(lái)自近 場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54的入站信號(hào)60傳送給接收器44;而當(dāng)RFID閱讀器40工作在 遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)接收復(fù)用器50將來(lái)自遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52的入站信號(hào)60傳送給接收 器44。入站信號(hào)60的載波頻率在RF頻段和/或微波頻段。在一個(gè)實(shí)施例中， 入站信號(hào)60的頻率在UHF頻段，在一個(gè)特定的實(shí)施例中，入站信號(hào)60在 860MHz-930MHz的UHF頻段內(nèi)。接收器44將入站信號(hào)60下變頻轉(zhuǎn)換為編 碼入站信號(hào)62?；鶐幚砟K46將該編碼入站信號(hào)62轉(zhuǎn)換成入站數(shù)據(jù)。
圖3更詳細(xì)地示出了多模RFID閱讀器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意,。如圖3所 示，基帶處理模塊46包括處理模塊66、編碼模塊68、調(diào)制模塊70和解碼模 塊72。基帶處理模塊46還連接到主接口 74。主接口模塊74可包括至主設(shè)備(如計(jì)算機(jī)服務(wù)器12)的通信接口(USBdongle、 compact flash或PCMCIA)。此外， 多模RFID閱讀器40包括上變頻模塊76(作為發(fā)射器42的一部分)和預(yù)解碼模 塊80及數(shù)字化模塊82(作為接收器44的一部分)。數(shù)字化模塊82可以是模數(shù) 轉(zhuǎn)換器或限幅器(imiter)，而預(yù)解碼模塊80包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)字濾波器。
在操作中，處理模塊66可以從主接口模塊74接收一個(gè)或多個(gè)命令或請(qǐng)求， 要求向一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽20-30傳送數(shù)據(jù)。另外，處理模塊66可以從RFID 標(biāo)簽20-30接收數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)需要由多模RFID閱讀器40作出響應(yīng)。再有， 處理模塊66本身也可以決定是否需要向一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽20-30發(fā)出命 令或進(jìn)行其它通信。作為響應(yīng)，處理模塊66產(chǎn)生用于與一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo) 簽20-30進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的出站數(shù)據(jù)76，并發(fā)射出站數(shù)據(jù)76至編碼模塊68。
編碼模塊68按照特定的RFID標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將出站數(shù)據(jù)76轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù) 據(jù)78。在一實(shí)施例中，基帶處理模塊46可采用多種RFID標(biāo)準(zhǔn)和/或適當(dāng)?shù)木?碼協(xié)議進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)多模RFID閱讀器40與按照不同標(biāo)準(zhǔn)和/或適當(dāng)協(xié)議 工作的RFID標(biāo)簽20-30之間的通信。例如但不限于，這些編碼協(xié)議可包括一 種或多種編碼方案，如曼徹斯特(Manchester)編碼、FM0編碼、FM1編碼等等。 具體來(lái)說(shuō)，使用哪種編碼協(xié)議可以根據(jù)RFID閱讀器40的工作模式來(lái)決定。 對(duì)于近場(chǎng)模式和遠(yuǎn)場(chǎng)模式，可以為編碼數(shù)據(jù)定義不同的編碼協(xié)議。例如，在近 場(chǎng)模式，基帶處理模塊46可使用第一數(shù)據(jù)編碼協(xié)議來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，而在 遠(yuǎn)場(chǎng)模式，基帶處理模塊46可使用第二數(shù)據(jù)編碼協(xié)議來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。雖 然也使用其它編碼協(xié)議，但近場(chǎng)模式下典型使用的一種編碼協(xié)議包括曼徹斯特 編碼。在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，雖然也使用其它編碼協(xié)議，但典型使用的編碼協(xié)議包括 以下至少一種Miller調(diào)制子載波編碼和雙相空間編碼。另外，近場(chǎng)模式下使 用的用于編碼出站數(shù)據(jù)76的第一數(shù)據(jù)編碼協(xié)議可以與遠(yuǎn)場(chǎng)模式下使用的用于 編碼出站數(shù)據(jù)76的第二數(shù)據(jù)編碼協(xié)議相同。
一旦選定了用于與一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽20-30進(jìn)行通信所使用的特定編 碼協(xié)議，處理模塊66產(chǎn)生將發(fā)送給RFID標(biāo)簽20-30的出站數(shù)據(jù)76，并將其 傳送給編碼模塊68。處理模塊66傳送選定的編碼協(xié)議，編碼模終78根據(jù)選 定的編碼協(xié)議對(duì)出站數(shù)據(jù)76進(jìn)行編碼，將出站數(shù)據(jù)76轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù)據(jù)78。
這樣，出站編碼數(shù)據(jù)78被傳送給調(diào)制模塊70，由其將出站編碼數(shù)據(jù)78 轉(zhuǎn)換成出站調(diào)制信息56(例如相位、頻率和/或幅度調(diào)制)。在一個(gè)實(shí)施例中， 出站調(diào)制信息56是二相相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、正交幅度調(diào) 制(QAM)、幅移鍵控(ASK)調(diào)制、相移鍵控(PSK)、負(fù)載調(diào)制、頻移鍵控(FSK)、 最小頻移鍵控(MSK)信息等中的一種或多種，
出站調(diào)制信息56被傳送至上變頻模塊76，上變頻模塊76利用出站調(diào)制 信息56產(chǎn)生一個(gè)載波頻率在RF頻段或微波頻段的上變頻信號(hào)58。在一個(gè)實(shí) 施例中，載波頻率在超高頻(UHF)頻段，大約為300MHz至3GHz。在實(shí)施例 中，多模RFID閱讀器40使用的具體載波頻率是UHF頻段的標(biāo)準(zhǔn)載波頻率， 如ISO 18000系列863-930MHz UHF頻段、或按照EPC全球標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn) 的載波頻率。但是，多模RFID閱讀器可以在RF頻段或微波頻段以及UHF頻 段中的任意頻率上優(yōu)化操作。
當(dāng)RFID閱讀器40工作在近場(chǎng)模式下，發(fā)射復(fù)用器48通過(guò)近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu) 54發(fā)射上變頻出站信號(hào)58,而當(dāng)RFID閱讀器40工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，發(fā)射復(fù) 用器48通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52發(fā)射上變頻出站信號(hào)58。在一個(gè)實(shí)施例中，RFID 閱讀器40在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)模式下都產(chǎn)生UHF頻段(例如ISO 18000系列 860-930MHzUHF頻段)的上變頻出站信號(hào)58。在這一實(shí)施例中，即便是在近 場(chǎng)模式下使用感應(yīng)或磁耦合通過(guò)近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54發(fā)射，上變頻出站信號(hào)58 也在UHF頻段。
在接收入站信號(hào)60的操作中，當(dāng)RFID閱讀器40工作在近場(chǎng)模式下，接 收復(fù)用器50將入站信號(hào)60從近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54耦合到接收器44;當(dāng)RFID閱 讀器40工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，接收復(fù)用器50將入站信號(hào)60從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52 傳送到接收器44。在一個(gè)實(shí)施例中，在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩種模式下入站信號(hào)60都 在UHF頻段，例如ISO 18000系列860-930MHzUHF頻段。在這一實(shí)施例中， 即便是在近場(chǎng)模式下使用感應(yīng)或磁耦合通過(guò)近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54接收入站信號(hào) 60，入站信號(hào)60也是在UHF頻段。
接收器44中的數(shù)字化模塊82和預(yù)編碼模塊80將模擬入站信號(hào)60轉(zhuǎn)換成編碼入站信號(hào)62。接收器44將編碼入站信號(hào)62傳送給基帶處理模塊46?；?帶處理模塊46中的解碼模塊72對(duì)編碼入站信號(hào)62進(jìn)行解碼。如在以上實(shí)施 例中所述，基帶處理模塊46可按照多個(gè)RFID標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行編程，使得解碼 模塊72能夠使用一種或多種編碼協(xié)議對(duì)編碼入站信號(hào)62進(jìn)行解碼。例如但不 限于，編碼協(xié)議可包括一種或多種編碼方案，如曼徹斯特編碼、FM0編碼、 FM1編碼等。具體來(lái)說(shuō)，使用的編碼方案取決于RFID閱讀器的工作模式?？?以為近場(chǎng)模式和遠(yuǎn)場(chǎng)模式下的數(shù)據(jù)解碼定義不同的數(shù)據(jù)編碼協(xié)議。當(dāng)工作在近 場(chǎng)模式下，解碼模塊72可使用近場(chǎng)工作中的第一協(xié)議(如曼徹斯特編碼)嘗試 解碼編碼入站信號(hào)62。如果解碼失敗，解碼模塊72嘗試使用下一個(gè)協(xié)議對(duì)編 碼入站信號(hào)62進(jìn)行解碼，直到編碼入站信號(hào)62解碼成功。同樣，當(dāng)工作在遠(yuǎn) 場(chǎng)模式下，解碼模塊72可使用 遠(yuǎn)場(chǎng)工作中的第二協(xié)議(如Miller調(diào)制子載波編 碼和雙相空間編碼)嘗試解碼編碼入站信號(hào)62。如果解碼失敗，解碼模塊72 嘗試使用下一個(gè)協(xié)議對(duì)編碼入站信號(hào)62進(jìn)行解碼，直到編碼入站信號(hào)62解碼 成功。 一旦確定了用于對(duì)編碼入站信號(hào)62進(jìn)行解碼的具體編碼協(xié)議，解碼模 塊72就進(jìn)行解碼、產(chǎn)生將發(fā)送給處理模塊66的入站數(shù)據(jù)84。
處理模塊66向RFID閱讀器40的其它模塊(如編碼模塊68、調(diào)制模塊 70、發(fā)射器42和/或發(fā)射復(fù)用器48、接收器44和/或接收復(fù)用器50)發(fā)出信號(hào)， 告知RFID閱讀器40是工作在近場(chǎng)模式還是遠(yuǎn)場(chǎng)模式?？墒褂枚喾N因素來(lái)確 定RFID閱讀器是工作在近場(chǎng)模式還是遠(yuǎn)場(chǎng)模式。例如，可以默認(rèn)RFID閱讀 器40為遠(yuǎn)場(chǎng)模式、可以根據(jù)用戶(hù)對(duì)RFID閱讀器40的輸入確定工作模式、或 可以根據(jù)通過(guò)接口模塊74接收到命令確定工作模式。作為另一選擇，RFID閱 讀器40可以遠(yuǎn)場(chǎng)模式通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52使用RF耦合來(lái)向一個(gè)或多標(biāo)簽 20-30發(fā)送詢(xún)問(wèn)信號(hào)，之后以近場(chǎng)模式通過(guò)近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)使用感應(yīng)或磁耦合向 一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽20-30發(fā)送詢(xún)問(wèn)信號(hào)。然后，RFID閱讀器40對(duì)輸入信號(hào)強(qiáng)度、 發(fā)射功率水平、信噪比、解碼入站信號(hào)的能力(例如誤碼率)和/或其它參數(shù)進(jìn)行 比較，以確定與每一個(gè)標(biāo)簽20-30之間的通信工作模式。
另外，有些標(biāo)簽20-30(此后稱(chēng)為多模標(biāo)簽)既可工作在近^模式也可工作 在遠(yuǎn)場(chǎng)模式。參見(jiàn)申請(qǐng)日為_(kāi)、申請(qǐng)?zhí)枮開(kāi)、名稱(chēng)為"Multi-Mode RFID Tag Architecture"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(事務(wù)所按巻號(hào)為 BP6584)。本申請(qǐng)參考并結(jié)合其全部?jī)?nèi)容。這種可在兩種模式下通信的多模標(biāo) 簽具有某些優(yōu)勢(shì)。例如，當(dāng)這種多模標(biāo)簽處于較遠(yuǎn)位置時(shí)，如處于遠(yuǎn)場(chǎng)范圍， RFID閱讀器40可在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下與該多模標(biāo)簽通信。當(dāng)這種標(biāo)簽處于近場(chǎng)范圍 時(shí)，RFID閱讀器40可在近場(chǎng)模式下與該多模標(biāo)簽通信。另一種操作方式中， RFID閱讀器40可以在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下發(fā)送一般詢(xún)問(wèn)信號(hào)給多模RFID標(biāo)簽，但是 之后在近場(chǎng)模式下工作，以便與個(gè)別多模標(biāo)簽進(jìn)行安全級(jí)別較高的通信，包括 機(jī)密、敏感或私人信息。在與多模標(biāo)簽進(jìn)行通信的過(guò)程中，為了從一種模式切 換到另一種模式，基帶處理模塊46編碼數(shù)據(jù)信號(hào)命令，以遠(yuǎn)場(chǎng)模式發(fā)射至一 個(gè)或多個(gè)多模標(biāo)簽令其工作在近場(chǎng)模式；當(dāng)從一個(gè)或多個(gè)接收到該命令的多模 標(biāo)簽接收到解碼入站數(shù)據(jù)84，基帶處理模塊46向RFID閱讀器40中的其它模 塊發(fā)送信號(hào)，以便以近場(chǎng)模式與一個(gè)或多個(gè)多模標(biāo)簽通信。同樣的步驟可用于 從近場(chǎng)模式切換到遠(yuǎn)場(chǎng)模式。
圖4a是近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54和遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52的詳細(xì)示意圖。首先，對(duì)于 遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52， 一般來(lái)說(shuō)，RFID閱讀器與標(biāo)簽的距離大于A727i的情況下， 使用RF耦合的遠(yuǎn)場(chǎng)模式最佳。因此，遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52可以是用于在遠(yuǎn)場(chǎng)范 圍內(nèi)發(fā)送的任意類(lèi)型的天線結(jié)構(gòu)。在圖4a所示的實(shí)施例中，遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52 包括至少一個(gè)天線90和至少一個(gè)平衡-不平衡變壓器(transformer balun)92。天 線90和平衡-不平衡變壓器92經(jīng)優(yōu)化以適合于使用RF耦合在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下發(fā)送 上變頻出站信號(hào)58及接收入站信號(hào)60。天線90可以是針對(duì)期望頻率的操作 和應(yīng)用而優(yōu)化的一種或多種類(lèi)型的天線。天線90可以是雙極天線、折疊雙極 天線、半波雙極、單極、差分天線和/或其它類(lèi)型天線。在一個(gè)實(shí)施例中，天 線卯可被彎折，或者用電容性頂端負(fù)載(tip-loading)或弓形寬帶結(jié)構(gòu)來(lái)彎曲 (meander)。平衡-不平衡變壓器92用于為天線卯提供阻抗匹配。也可以使 用其它類(lèi)型的轉(zhuǎn)換或阻抗電路來(lái)替代平衡-不平衡變壓器92為天線90提供所 需的必要阻抗匹配。在圖4a中，接收復(fù)用器50連接到單端天線90。但是， 天線90可以是差分天線，和/或接收復(fù)用器50也可以連接到平衡-不平衡變壓 器92的輸出端，如同發(fā)射復(fù)用器48那樣。遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例如圖4b所示。遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52包括第一天 線91a和第二天線91b。天線91a和91b是差分天線。遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)還包括平 衡-不平衡變換器92，其具有與第一天線91a和第二線91b相連的初級(jí)繞組93a。 次級(jí)繞組93b、 c具有4個(gè)差分輸入端，其中連接在接收復(fù)用器50的輸入端之 間的次級(jí)繞組93b圈數(shù)較多。連接在發(fā)射復(fù)用器48上的次級(jí)繞組93c圈數(shù)較 少。由于變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的圈數(shù)比與電壓增益成比例，因此接收 輸入端具有更大的電壓增益。在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，上變頻出站信號(hào)58通過(guò)RF耦 合方式從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52發(fā)送至標(biāo)簽20-30上的RF天線結(jié)構(gòu)，而入站信號(hào) 60由遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52接收(通過(guò)與標(biāo)簽20-30上的RF天線的RF耦合)。
近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54包括至少一個(gè)作為線圈天線96工作的電感和至少一個(gè)阻 抗耦合電路94。阻抗耦合電路94包括一個(gè)或多個(gè)電容C1-C3，其與一個(gè)或多 個(gè)電感L1、 L2相耦合。電感L1、 L2和電容C1-C3構(gòu)成諧振電路，由線圈天 線96調(diào)諧到上變頻出站信號(hào)58的頻率。由于并聯(lián)諧振電路的工作，上變頻出 站信號(hào)58通過(guò)線圈天線96在線圈天線96周?chē)a(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)。線圈天線96 產(chǎn)生的磁場(chǎng)在線圈天線96的近場(chǎng)范圍內(nèi)，與標(biāo)簽20-30上的線圈天線發(fā)生感 應(yīng)或磁耦合。如果線圈天線96是帶有線圈繞組的圓形或U形鐵素體芯，在近 場(chǎng)模式下會(huì)與標(biāo)簽發(fā)生磁耦合。 一般而言，在磁耦合情況下，標(biāo)簽20-30必須 插入RFID閱讀器40中，所以磁耦合對(duì)于智能卡應(yīng)用是理想的。通常，RFID 閱讀器到標(biāo)簽的距離小于A/2;r的情況下，使用感應(yīng)或磁場(chǎng)耦合的近場(chǎng)模式是 最佳的。標(biāo)簽產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)，并以同樣的方式，通過(guò)感應(yīng)或磁耦合發(fā)送至RFID 閱讀器。
RFID閱讀器40既可工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式也可工作在近場(chǎng)模式。在遠(yuǎn)場(chǎng)模式 下，發(fā)射復(fù)用器48向遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52提供上變頻出站信號(hào)58，接收復(fù)用器 50提供入站UHF信號(hào)60給接收器44。在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54不工 作。對(duì)于近場(chǎng)操作，發(fā)射復(fù)用器48向近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54提供上變頻出站信號(hào) 58，接收復(fù)用器50提供入站信號(hào)60給接收器44。在近場(chǎng)模式下，遠(yuǎn)場(chǎng)天線 結(jié)構(gòu)52不工作。 》
圖5是RFID閱讀器的發(fā)射復(fù)用器和發(fā)射器實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)射器42包括電流源100和輸入晶體管102、 104。發(fā)射復(fù)用器48包括復(fù)用晶 體管106、 108、 110、 112。復(fù)用晶體管106、 108與輸入晶體管102、 104及 RFID遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52相連。復(fù)用晶體管110、 112與輸入晶體管102、 104及 RFID近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54相連。每一個(gè)復(fù)用晶體管106、 108、 110和112分別包 括觸發(fā)輸入端(例如柵極)A1至A4。
在操作中，基于來(lái)自基帶處理模塊46的出站調(diào)制信息56電流源100得以 調(diào)制。在實(shí)施例中，電流源100的頻率在超高頻范圍。輸入晶體管102、 104 與電流源100相連以接收調(diào)制后的振蕩信號(hào)114。電流源100與輸入晶體管 102、 104結(jié)合產(chǎn)生上變頻出站信號(hào)58。
在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，發(fā)射器42向復(fù)用晶體管106的觸發(fā)端Al和復(fù)用晶體管 108的觸發(fā)端A2發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。之后復(fù)用晶體管106、 108輸出上變頻出站信 號(hào)58至遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)52。在近場(chǎng)模式下，發(fā)射器42向復(fù)用晶體管110的觸 發(fā)端A3和復(fù)用晶體管112的觸發(fā)端A4發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。之后復(fù)用晶體管110、 112輸出上變頻出站信號(hào)58至近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)54。這樣，發(fā)射器42向發(fā)射復(fù)用 器48發(fā)送信號(hào)，以觸發(fā)第一組晶體管106和108在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下發(fā)射，及觸發(fā) 第二組晶體管110和112在近場(chǎng)模式下工作。作為另一種實(shí)施方式，可由基帶 處理模塊46或處理模塊66向發(fā)射復(fù)用器48發(fā)送信號(hào)，來(lái)取代由發(fā)射器42 發(fā)送。
圖6是多模RFID閱讀器40的發(fā)射器42中發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路模塊120的實(shí) 施例的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路模塊120包括功率放大器122，其輸出端 與輸入晶體管102、 104的柵極相連。設(shè)置多個(gè)電容124a至124h，使其可配 置地與功率放大器122的輸出端及輸入晶體管102、 104的柵極相連。配置多 個(gè)電感126a、 126b、 126c和126d，使其與功率放大器122的輸出端及輸入晶 體管102、 104的柵極相連。
在操作中，功率放大器122及電容124a至124n和電感126a至126d構(gòu)成 諧振輸出電路，從而可將上變頻出站信號(hào)58調(diào)諧到所需的頻率。電容124a至 124n和電感126a至126d連接在功率放大器122輸出端及輸入晶體，102、 104 的柵極上，使得諧振輸出能夠調(diào)諧到所需的頻率。通常集成電路或芯片上的電容由于處理工藝的變化而具有較大的公差，因此可配置的電容124a至124n可 以調(diào)諧，以解決這一問(wèn)題。
多模RFID閱讀器40可在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)模式下工作。通過(guò)在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩 種模式下工作，RFID閱讀器40可為多種應(yīng)用提供多標(biāo)準(zhǔn)、多技術(shù)選項(xiàng)。這樣， RFID閱讀器不限于僅應(yīng)用于近讀或遠(yuǎn)讀，而是能夠適合于兩種類(lèi)型的應(yīng)用， 可從近場(chǎng)模式切換到遠(yuǎn)場(chǎng)模式，或從遠(yuǎn)場(chǎng)模式切換到近場(chǎng)模式，以適應(yīng)不同類(lèi) 型的RFID標(biāo)簽，以及適應(yīng)多模RFID閱讀器與RFID標(biāo)簽之間的不同距離。 在一個(gè)實(shí)施例中，近場(chǎng)模式和遠(yuǎn)場(chǎng)模式均使用UHF頻段的信號(hào)通信。雖然在 近場(chǎng)模式下使用UHF信號(hào)比使用較低頻率(如HF或LF)通信距離更短(例如 小于5mm)，這種UHF近場(chǎng)RFID通信很適合于近讀應(yīng)用，如存貨目錄、監(jiān)控 書(shū)鑒定(monitory paper authentication^護(hù)照、信用卡等。RFID閱讀器40的近 場(chǎng)UHF操作對(duì)于近液體(如液體藥物的包裝瓶)的操作也更有效。
本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，術(shù)語(yǔ)"基本上"或"大約"，正如這里可能用 到的，對(duì)相應(yīng)的術(shù)語(yǔ)提供一種業(yè)內(nèi)可接受的公差。這種業(yè)內(nèi)可接受的公差從小 于1%到50%，并對(duì)應(yīng)于，但不限于，組件值、集成電路工藝波動(dòng)、溫度波動(dòng)、 上升和下降時(shí)間和/或熱噪聲。本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員還會(huì)意識(shí)到，術(shù)語(yǔ)"可操作 地連接"，正如這里可能用到的，包括通過(guò)另一個(gè)組件、元件、電路或模塊直 接連接和間接連接，其中對(duì)于間接連接，中間插入組件、元件、電路或模塊并 不改變信號(hào)的信息，但可以調(diào)整其電流電平、電壓電平和/或功率電平。正如 本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到的，推斷連接(亦即， 一個(gè)元件根據(jù)推論連接到 另一個(gè)元件)包括兩個(gè)元件之間用相同于"可操作地連接"的方法直接和間接連 接。正如本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員還會(huì)意識(shí)到的，術(shù)語(yǔ)"比較結(jié)果有利"，正如這里 可能用的，指兩個(gè)或多個(gè)元件、項(xiàng)目、信號(hào)等之間的比較提供一個(gè)想要的關(guān)系。 例如，當(dāng)想要的關(guān)系是信號(hào)1具有大于信號(hào)2的振幅時(shí)，當(dāng)信號(hào)1的振幅大于 信號(hào)2的振幅或信號(hào)2的振幅小于信號(hào)1振幅時(shí)，可以得到有利的比較結(jié)果。
圖中所示的晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所,n，這些晶體管
可使用各類(lèi)結(jié)構(gòu)的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括但不限于，雙極、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)晶體管(MOSFET)， N溝道晶體管、P溝道晶體管、增強(qiáng)式、損耗式及零電壓門(mén)限(VT)晶體管。
本發(fā)明的描述過(guò)程還借助方法步驟的方式來(lái)描述特定功能的執(zhí)行過(guò)程及 其相互關(guān)系。為便于描述，文中對(duì)這些功能性模塊和方法步驟的邊界和順序進(jìn) 行了專(zhuān)門(mén)的定義。在使這些功能可正常工作的前提下，也可重新定義他們的邊 界和順序。但這些對(duì)邊界和順序的重新定義都將落入本發(fā)明的主旨和所聲明的 保護(hù)范圍之中。
本發(fā)明的描述過(guò)程借助功能性模塊的方法來(lái)描述某些重要功能的執(zhí)行過(guò) 程。為便于描述，文中對(duì)這些功能性模塊邊界進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的定義。在使這些功 能可正常工作的前提下，也可重新定義他們的邊界和關(guān)系。這種對(duì)功能性模塊 的邊界和相互關(guān)系的重新定義也都將落入本發(fā)明的主旨和所聲明的保護(hù)范圍 之中。同樣，流程步驟也可以專(zhuān)門(mén)定義以說(shuō)明某些重要功能。對(duì)于擴(kuò)展應(yīng)用， 流程步驟的邊界和順序也可被另外定義，但仍能實(shí)現(xiàn)這些重要的功能。這些功 能模塊和流程步驟和順序的重新定義都將落入本發(fā)明的主旨和所聲明的保護(hù) 范圍之中。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，這些功能模塊以及本文中提及的其它示例性 模塊和部件可以按照實(shí)施例說(shuō)明的那樣實(shí)現(xiàn)或者由離散的元器件、專(zhuān)用集成電 路、執(zhí)行適當(dāng)軟件的處理器等或者其中的任何組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種多模RFID閱讀器，其特征在于，包括基帶處理模塊，其用于將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站調(diào)制信息及將編碼入站信號(hào)轉(zhuǎn)換成入站數(shù)據(jù)；發(fā)射器，用于將出站調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成上變頻出站信號(hào)；遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)；近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)；發(fā)射復(fù)用器，用于當(dāng)多模RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)將上變頻出站信號(hào)輸出給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)將上變頻出站信號(hào)輸出給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)；接收復(fù)用器，用于當(dāng)多模RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)從近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)輸入入站信號(hào)，當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)輸入入站信號(hào)；接收器，用于將入站信號(hào)下變頻轉(zhuǎn)換成編碼入站信號(hào)。
2、 根據(jù)要求1所述的多模RFID閱讀器，其特征在于，所述遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié) 構(gòu)包括天線；與天線相連的平衡-不平衡變壓器。
3、 根據(jù)要求1所述的多模RFID閱讀器，其特征在于，所述近場(chǎng)線圈結(jié) 構(gòu)包括多個(gè)線圈；與所述多個(gè)線圈相連的多個(gè)電容。
4、 根據(jù)要求1所述的多模RFID閱讀器，其特征在于，所述發(fā)射器包括 基于出站調(diào)制信息得以調(diào)制的電流源；及 與所述電流源相連的輸入晶體管。
5、 根據(jù)要求4所述的多模RFID閱讀器，其特征在于，所述發(fā)射復(fù)用器 包括復(fù)用晶體管，其在近場(chǎng)模式下將輸入晶體管與近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連，在遠(yuǎn) 場(chǎng)模式下將輸入晶體管與遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)相連。
6、 根據(jù)要求5所述的多模RFID閱讀器，其特征在于，所述復(fù)用晶體管 包括與輸入晶體管及近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連的第一組晶體管，其中第一組晶體管 中的每一只晶體管包含一個(gè)觸發(fā)輸入端；及與輸入晶體管及遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)相連的第二組晶體管，其中第二組晶體管 中的每一只晶體管包含一個(gè)觸發(fā)輸入端。
7、 一種RFID閱讀器，其特征在于，包括基帶處理模塊，其用于將出站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成出站編碼數(shù)據(jù)及將出站編碼數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成出站調(diào)制信息；發(fā)射器，用于將出站調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成上變頻出站信號(hào)； 發(fā)射復(fù)用器，用于在近場(chǎng)模式下，將上變頻出站信號(hào)耦合給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，以感應(yīng)耦合給 一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽；及在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下，將上變頻出站信號(hào)耦合給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)，以射頻(RF)耦 合給一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的RFID閱讀器，其特征在于，還包括 接收復(fù)用器，用于當(dāng)多模RFID閱讀器工作在近場(chǎng)模式時(shí)從近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)接收入站信號(hào)； 當(dāng)多模RFID閱讀器工作在遠(yuǎn)場(chǎng)模式時(shí)從遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)接收入站信號(hào)； 將接收到的入站信號(hào)傳送給接收器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的RFID閱讀器，其特征在于，所述接收器用于 將UHF入站信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼入站信號(hào)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的RFID閱讀器，其特征在于，所述基帶處理模 塊用于在近場(chǎng)模式下使用第一編碼協(xié)議將編碼入站信號(hào)轉(zhuǎn)換為入站數(shù)據(jù)；及 在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下使用第二編碼協(xié)議將編碼入站信號(hào)轉(zhuǎn)換為入站數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多模RFID閱讀器，其既可在近場(chǎng)模式下工作，也可在遠(yuǎn)場(chǎng)模式下工作。所述多模RFID閱讀器包括發(fā)射器、接收器、發(fā)射復(fù)用器和接收復(fù)用器。發(fā)射復(fù)用器和接收復(fù)用器均與遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)和近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)相連。對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)工作模式，發(fā)射復(fù)用器將上變頻出站信號(hào)傳送給遠(yuǎn)場(chǎng)天線結(jié)構(gòu)，接收復(fù)用器將入站信號(hào)傳送至接收器。對(duì)于近場(chǎng)工作模式，發(fā)射復(fù)用器將上變頻出站信號(hào)傳送給近場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)，接收復(fù)用器將入站信號(hào)傳送至接收器。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101441702SQ20081011010
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者沙梅莉·阿米, 羅弗戈蘭·瑪雅姆, 羅弗戈蘭·阿瑪?shù)吕灼?申請(qǐng)人:美國(guó)博通公司