一种UHFRFID读写单元的制作方法

一种uhf rfid读写单元
技术领域
1.本技术涉及射频技术领域，尤其涉及一种uhf rfid读写单元。


背景技术：

2.uhf rfid(超高频射频识别)是一款超高频嵌入式无线射频读写单元，通过把mcu单元、rfid读写器射频收发单元、pa功放单元、定向耦合器、天线接口、数字接口单元集成在一块pcb(印刷电路板)上，再接上合适的收发天线以及通过数字接口与上位机相连，就可以达到识别远端电子标签的功能。其主要应用于物流、门禁、防伪、无人零售及生产过程控制等多种无线射频识别系统。
3.随着uhf rfid读写单元在许多场景下的广泛使用，人们对uhf rfid读写单元的发射功率要求越来越大，对接收灵敏度的要求也越来越高，而现有的uhf rfid读写单元读取电子标签的距离不够远，多标签读取能力不足，从而无法满足应用系统的要求。


技术实现要素：

4.本技术的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中uhf rfid读写单元读取电子标签的距离不够远，多标签读取能力不足，从而无法满足应用系统的要求的技术缺陷。
5.本技术实施例提供了一种uhf rfid读写单元，所述读写单元包括印刷电路板，以及集成在所述印刷电路板表面的uhf rfid读写电路；
6.所述uhf rfid读写电路包括tm600读写器芯片、定向耦合器、pa功放以及天线接口，所述tm600读写器芯片、所述定向耦合器以及所述pa功放在所述印刷电路板表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，且所述tm600读写器芯片与所述定向耦合器之间通过相互平行的两条连接线进行连接；
7.当所述tm600读写器芯片通过所述pa功放将滤波后的发射信号进行放大后得到放大信号，并将所述放大信号通过所述定向耦合器发送至所述天线接口，以使所述天线接口将所述放大信号发射出去时，所述定向耦合器通过其中一条连接线将输出所述放大信号时泄露的载波信号发送至所述tm600读写器芯片；
8.当所述天线接口接收所述放大信号的反射信号，并将所述反射信号发送至所述定向耦合器时，所述定向耦合器将所述反射信号和电子标签传过来的有用信号进行耦合后得到耦合信号，并将所述耦合信号通过另一条连接线发送至所述tm600读写器芯片。
9.可选地，所述uhf rfid读写电路还包括saw滤波器；
10.所述saw滤波器用于对所述发射信号进行滤波。
11.可选地，所述uhf rfid读写电路还包括mcu控制单元；
12.所述mcu控制单元和所述tm600读写器芯片分别贴装在所述印刷电路板表面左右两侧，所述mcu控制单元用于构建所述tm600读写器芯片与上位机之间的通信连接。
13.可选地，所述uhf rfid读写电路还包括fpc连接器；
14.所述fpc连接器贴装在所述印刷电路板表面位于所述mcu控制单元的一侧，所述fpc连接器用于连接所述mcu控制单元与所述上位机。
15.可选地，所述uhf rfid读写电路还包括电源ic；
16.所述电源ic用于为所述tm600读写器芯片进行供电。
17.可选地，所述tm600读写器芯片位于所述定向耦合器的左下方，所述pa功放位于所述定向耦合器的右下方。
18.可选地，所述三角形结构为等腰三角形结构。
19.可选地，所述读写单元还包括与所述印刷电路板密封连接的屏蔽罩。
20.可选地，所述屏蔽罩包括屏蔽框和屏蔽壳；
21.所述屏蔽框焊接在所述uhf rfid读写电路的外围，所述屏蔽壳配套压合在所述屏蔽框上，用于将所述uhf rfid读写电路包裹在所述屏蔽壳内。
22.可选地，所述天线接口位于所述印刷电路板表面的短边边缘处，且所述天线接口与所述屏蔽壳之间设有导电泡棉。
23.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
24.本技术提供的一种uhf rfid读写单元，该读写单元可以包括印刷电路板，以及集成在印刷电路板表面的uhf rfid读写电路；其中，uhf rfid读写电路可以包括tm600读写器芯片、定向耦合器、pa功放，以及天线接口，并且tm600读写器芯片、定向耦合器，以及pa功放在印刷电路板表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，这样使得三者之间传输信号的连接线长度最短，从而减少信号传输损耗；并且，本技术中的tm600读写器芯片与定向耦合器之间通过相互平行的两条连接线进行连接，由于两条连接线平行设置，两者的长度接近，因而经过两条连接线的信号相位差接近，且两条连接线为定向耦合器与tm600读写器芯片之间的最短连接线，因此，本技术可以在减少信号传输损耗的基础上，进一步利用tm600读写器芯片的载波抵消功能，最大化消除从定向耦合器的输出端泄露到tm600读写器芯片的载波信号，由于消除的载波信号是影响uhf rfid读写单元接收灵敏度的最大噪声源，当uhf rfid读写单元中的载波信号消除后，可以保证uhf rfid读写单元在发射大功率信号时，其接收灵敏度也能达到很高，从而有效延长读写器的读取距离，提升多标签读取速度。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型提供的一种uhf rfid读写单元的结构示意图；
27.图2为本实用新型提供的一种屏蔽框的结构示意图；
28.图3为本实用新型提供的一种屏蔽壳的结构示意图；
29.图4为本实用新型提供的一种屏蔽框与印刷电路板的结构示意图；
30.图5为本实用新型提供的一种屏蔽壳与印刷电路板的结构示意图。
31.图中，10、印刷电路板；11、tm600读写器芯片；12、定向耦合器；13、pa功放；14、saw滤波器；15、天线接口；16、mcu控制单元；17、fpc连接器；18、电源ic；19、第五微带线；20、第
一微带线；21、第二微带线；22、第三微带线；23、第四微带线；31、屏蔽框；32、屏蔽壳；33、导电泡棉。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
34.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像本技术实施例中一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
35.uhf rfid(超高频射频识别)是一款超高频嵌入式无线射频读写单元，通过把mcu单元、rfid读写器射频收发单元、pa功放单元、定向耦合器、天线接口、数字接口单元集成在一块pcb(印刷电路板)上，再接上合适的收发天线以及通过数字接口与上位机相连，就可以达到识别远端电子标签的功能。其主要应用于物流、门禁、防伪、无人零售及生产过程控制等多种无线射频识别系统。
36.随着uhf rfid读写单元在许多场景下的广泛使用，人们对uhf rfid读写单元的发射功率要求越来越大，对接收灵敏度的要求也越来越高，而现有的uhf rfid读写单元读取电子标签的距离不够远，多标签读取能力不足，从而无法满足应用系统的要求。
37.基于此，本技术提出了如下技术方案，具体参见下文：
38.在一个实施例中，如图1所示，图1为本实用新型提供的一种uhf rfid读写单元的结构示意图；本技术提供了一种uhf rfid读写单元，所述读写单元包括印刷电路板10，以及集成在所述印刷电路板10表面的uhf rfid读写电路。
39.所述uhf rfid读写电路包括tm600读写器芯片11、定向耦合器12、pa功放13以及天线接口15，所述tm600读写器芯片11、所述定向耦合器12以及所述pa功放13在所述印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，且所述tm600读写器芯片11与所述定向耦合器12之间通过相互平行的两条连接线进行连接。
40.当所述tm600读写器芯片11通过所述pa功放13将滤波后的发射信号进行放大后得到放大信号，并将所述放大信号通过所述定向耦合器12发送至所述天线接口15，以使所述天线接口15将所述放大信号发射出去时，所述定向耦合器12通过其中一条连接线将输出所述放大信号时泄露的载波信号发送至所述tm600读写器芯片11。
41.当所述天线接口15接收所述放大信号的反射信号，并将所述反射信号发送至所述定向耦合器12时，所述定向耦合器12将所述反射信号和电子标签传过来的有用信号进行耦
合后得到耦合信号，并将所述耦合信号通过另一条连接线发送至所述tm600读写器芯片11。
42.本实施例中，如图1所示，uhf rfid读写单元可以包括印刷电路板10，以及集成在印刷电路板10表面的uhf rfid读写电路，而uhf rfid读写电路又可以包括tm600读写器芯片11、定向耦合器12、pa功放13，以及天线接口15，其中，tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，这样使得三者之间传输信号的连接线长度最短，从而减少信号传输损耗，有效延长读写器的读取距离，提升多标签读取速度。
43.其中，定向耦合器12与pa功放13以及天线接口15之间可以分别通过一条连接线进行数据传输，该连接线可以是微带线，也可以是其他传输线，在此不做限制，而tm600读写器芯片11与定向耦合器12之间则可以通过相互平行的两条连接线进行连接，从而使得两条连接线中传输信号的相位差接近。
44.举例来说，本技术可以将定向耦合器12的第三引脚和第四引脚分别连接到tm600读写器芯片11的载波信号输入端和接收信号端，由于定向耦合器12的第三引脚和第四引脚是以最短连接线长度(降低信号衰减)和信号相位差接近的方式与tm600读写器芯片11进行连接，因此，可以最大化消除从定向耦合器第二引脚处泄露到tm600读写器芯片11接收信号端的载波信号。
45.具体地，如图1所示，本技术中的tm600读写器芯片11可以通过pa功放13将发射信号进行放大后得到放大信号，通过第一微带线20将放大信号发送给定向耦合器12，通过定向耦合器12经第二微带线21将放大信号发送至天线接口15，以使天线接口15将该放大信号发射出去，在此过程中，定向耦合器12可以通过其中一条连接线，如第三微带线22将输出放大信号时泄露的载波信号发送至tm600读写器芯片11，以利用tm600读写器芯片11载波抵消功能来最大化消除从定向耦合器12的输出端泄露到tm600读写器芯片11的载波信号。
46.接着，本技术中发射出去的放大信号可以通过特定的收发天线转发后被电子标签所接收，当电子标签接收到该放大信号后，可以通过收发天线向天线接口15发送反射信号，当天线接口15接收到反射信号后，可以将该反射信号发送至定向耦合器12，定向耦合器12可以将该反射信号和电子标签传过来的有用信号进行耦合后得到耦合信号，并将该耦合信号通过另一条连接线，如第四微带线23发送至tm600读写器芯片11，以便tm600读写器芯片11对该耦合信号进行解调、解码等处理。
47.可以理解的是，本技术中的定向耦合器12是射频电路设计中常用的一种射频无源器件，它将线路中传输的射频功率耦合到另一个线路里。定向耦合器12的基本特征是它只将信号耦合到指定的方向。其中，定向耦合器12可以包括四个端口，分别为输入端、输出端、耦合端和隔离端。当信号从输入端输入时，大部分信号从输出端直通输出，其中一小部分信号从耦合端耦合出来，隔离端通常接一个匹配负载。如果要将定向耦合器12反过来使用，则输入端和输出端，耦合端和隔离端的属性要互换定义。
48.进一步地，本技术中的tm600读写器芯片11是基于标准cmos工艺，完全自主可控的无源超高频rfid读写器芯片。在自干扰消除电路、低噪声发射机、新型快速侦听干扰信号等技术方面取得重大技术创新和突破，如本技术则是利用tm600读写器芯片11自带的载波抵消功能来最大化消除载波信号。另外，tm600读写器芯片11首次实现了单芯片集成四种标准协议，包括epc global class 1gen2/iso/iec 18000-6c国际标准，iso/iec 18000-6d国际
标准，gb/t29768国标标准以及gjb 7377.1国军标标准，实现了基于无源超高频rfid技术的物联网场景感知层的协议的全覆盖。
49.上述实施例中，读写单元可以包括印刷电路板10，以及集成在印刷电路板10表面的uhf rfid读写电路；其中，uhf rfid读写电路可以包括tm600读写器芯片11、定向耦合器12、pa功放13，以及天线接口15，并且tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，这样使得三者之间传输信号的连接线长度最短，从而减少信号传输损耗；并且，本技术中的tm600读写器芯片11与定向耦合器12之间通过相互平行的两条连接线进行连接，由于两条连接线平行设置，两者的长度接近，因而经过两条连接线的信号相位差接近，且两条连接线为定向耦合器12与tm600读写器芯片11之间的最短连接线，因此，本技术可以在减少信号传输损耗的基础上，进一步利用tm600读写器芯片11的载波抵消功能，最大化消除从定向耦合器12的输出端泄露到tm600读写器芯片11的载波信号，由于消除的载波信号是影响uhf rfid读写单元接收灵敏度的最大噪声源，当uhf rfid读写单元中的载波信号消除后，可以保证uhf rfid读写单元在发射大功率信号时，其接收灵敏度也能达到很高，从而有效延长读写器的读取距离，提升多标签读取速度。
50.在一个实施例中，所述uhf rfid读写电路还可以包括saw(声表面波)滤波器。
51.所述saw滤波器14用于对所述发射信号进行滤波。
52.本实施例中，如图1所示，在tm600读写器芯片11与pa功放13之间，还可以贴装saw滤波器14，且tm600读写器芯片11与saw滤波器14之间，pa功放13与saw滤波器14之间分别通过微带线进行连接，以便saw滤波器14接收tm600读写器芯片11发送的发射信号，并对该发射信号进行滤波，避免信号干扰，滤波后的发射信号可以通过第五微带线19发送至pa功放13，以便pa功放13对滤波后的发射信号进行放大后得到放大信号。
53.在一个实施例中，所述uhf rfid读写电路还可以包括mcu控制单元16。
54.所述mcu控制单元16和所述tm600读写器芯片11分别贴装在所述印刷电路板10表面左右两侧，所述mcu控制单元16用于构建所述tm600读写器芯片11与上位机之间的通信连接。
55.本实施例中，如图1所示，uhf rfid读写电路还可以包括mcu控制单元16，用于构建tm600读写器芯片11与上位机之间的通信连接。该mcu控制单元16可以与tm600读写器芯片11一同贴装在印刷电路板10表面左右两侧，而tm600读写器芯片11与定向耦合器12、pa功放13、saw滤波器14以及天线接口15均设置在同一侧，这样既不影响mcu控制单元16将上位机下发的控制指令发送给tm600读写器芯片11，又可以设计将tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构，使得三者之间传输信号的连接线长度最短，从而减少信号传输损耗，有效延长读写器的读取距离，提升多标签读取速度。
56.在一个实施例中，所述uhf rfid读写电路还可以包括fpc连接器17。
57.所述fpc连接器17贴装在所述印刷电路板10表面位于所述mcu控制单元16的一侧，所述fpc连接器17用于连接所述mcu控制单元16与所述上位机。
58.本实施例中，如图1所示，uhf rfid读写电路还可以包括fpc连接器17，fpc连接器17可以贴装在印刷电路板10表面位于mcu控制单元16的一侧，具体可以是印刷电路板10的
短边边缘处，且与天线接口15相对设置，这样既不影响射频信号的收发，也方便mcu控制单元16与上位机之间进行数据传输。
59.在一个实施例中，所述uhf rfid读写电路还可以包括电源ic18。
60.所述电源ic18用于为所述tm600读写器芯片11进行供电。
61.本实施例中，如图1所示，uhf rfid读写电路还可以包括电源ic18，该电源ic18可以贴装在印刷电路板10表面位于mcu控制单元16的一侧，这样不仅使得贴装电路板上的元器件贴装较为美观，而且也方便为uhf rfid读写电路中需要供电的元器件进行供电，如tm600读写器芯片11、mcu控制单元16等。
62.在一个实施例中，所述tm600读写器芯片11位于所述定向耦合器12的左下方，所述pa功放13位于所述定向耦合器12的右下方。
63.本实施例中，如图1所示，当本技术设计将tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构后，进一步地，本技术可以将tm600读写器芯片11贴装在定向耦合器12的左下方，将pa功放13贴装在定向耦合器12的右下方，以此来形成三角形结构的同时，还方便线路连接。
64.在一个实施例中，所述三角形结构为等腰三角形结构。
65.本实施例中，当本技术设计将tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成三角形结构时，为了保证三者之间的线路连接长度最短，本技术可以设计将tm600读写器芯片11、定向耦合器12，以及pa功放13在印刷电路板10表面的几何中心点两两连接后形成等腰三角形结构，这样能够进一步保证三者之间相互连线最短。
66.在一种具体的实现方式中，以本技术图1中的uhf rfid读写电路和贴装电路板为例，选取工作频点为922.125mhz的uhf rfid读写单元进行实验，并对比现有的uhf rfid读写单元，可以得到如下所示的性能对比表：
[0067][0068]
表1uhf rfid读写单元改良前后性能对比表
[0069]
由表1可见，经过本技术的电路结构改良后，uhf rfid读写单元的接收提敏度可以提高7db，最远读卡距离可以增加30％，多标签识别性能可以提高50％。
[0070]
在一个实施例中，所述读写单元还可以包括与所述印刷电路板10密封连接的屏蔽罩。
[0071]
本实施例中，读写单元还可以包括屏蔽罩，该屏蔽罩与印刷电路板10密封连接，可以将uhf rfid读写电路包裹在屏蔽罩内，这样可以保证屏蔽罩与印刷电路板10的接触面完全密封接地，从而有效提高uhf rfid读写单元的屏蔽效果。
[0072]
在一个实施例中，如图2、3、4、5所示，图2为本实用新型提供的一种屏蔽框31的结
构示意图，图3为本实用新型提供的一种屏蔽壳32的结构示意图，图4为本实用新型提供的一种屏蔽框31与印刷电路板10的结构示意图，图5为本实用新型提供的一种屏蔽壳32与印刷电路板10的结构示意图；所述屏蔽罩包括屏蔽框31和屏蔽壳32。
[0073]
所述屏蔽框31焊接在所述uhf rfid读写电路的外围，所述屏蔽壳32配套压合在所述屏蔽框31上，用于将所述uhf rfid读写电路包裹在所述屏蔽壳32内。
[0074]
本实施例中，如图4所示，屏蔽框31焊接在印刷电路板10表面，且位于uhf rfid读写电路的外围，将uhf rfid读写电路包裹在内，进一步地，如图5所示，屏蔽壳32配套压合在屏蔽框31上，从而使得uhf rfid读写电路包裹在屏蔽壳32内，这样可以保证屏蔽罩与印刷电路板10的接触面完全密封接地，从而有效提高uhf rfid读写单元的屏蔽效果。
[0075]
进一步地，本技术中的屏蔽框31可以采用马口铁等可以用锡膏焊接的金属材料。
[0076]
在一个实施例中，所述天线接口15位于所述印刷电路板10表面的短边边缘处，且所述天线接口15与所述屏蔽壳32之间设有导电泡棉33。
[0077]
本实施例中，如图4、5所示，天线接口15位于印刷电路板10表面的短边边缘处，且天线接口15与屏蔽壳32之间设有导电泡棉33，使天线接口15连接器和屏蔽壳32密封接地，最终使得uhf rfid读写单元达到最佳的屏蔽效果。
[0078]
在一种具体的实现方式中，以本技术图4、图5中的uhf rfid读写电路、贴装电路板以及屏蔽罩为例，选取工作频点为922.125mhz的uhf rfid读写单元进行实验，并对比现有的uhf rfid读写单元，可以得到如下所示的辐射干扰杂散指标对比表：
[0079][0080][0081]
表2uhf rfid读写单元改良前后辐射干扰杂散指标对比表
[0082]
由表2可知，由于现有的采用两件式压合屏蔽罩结构设计的uhf rfid读写单元，在其屏蔽罩与印刷电路板10的接触面和天线接口15处会辐射干扰信号，影响uhf rfid读写单元电磁兼容认证中emi(传导、辐射干扰)性能指标。
[0083]
因此，本技术可以在两件式压合屏蔽罩结构的基础上，使用屏蔽框31和印刷电路板10封闭式焊接，保证屏蔽罩与印刷电路板10的接触面完全密封接地，同时，在天线接口15连接器和屏蔽壳32的间隙处增加导电泡棉33，使天线接口15连接器和屏蔽壳32密封接地，从而有效提高uhf rfid读写单元的屏蔽效果。
[0084]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围。