一种小型化便携式UHF RFID读写器的实现(2)

1.1.2 耦合器设计

经过功放放大的射频信号直接进入耦合器。该信号经过直通端进入发射通道，正向耦合端的输出信号用于前向功率检测，而反向耦合端的信号用于检测天线端的回波损耗。如图3所示。

(1)前向功率检测主要是检测功放输出信号功率，然后按照本地UHF RFID协议相关规定进行功率校正；也可以作为外部本振信号输入，用于与接收的射频信号进行混频，产生零中频信号。具体的实现方法是：(1)功率检测通过高阻跨接在耦合器的正向耦合端，通过电阻分压和电容耦合，进入功率对数检测芯片，映射出相对应的直流电压值，输入到ARM7，结合线路损耗计算得出功放输出信号的功率。(2)耦合器的正向耦合端（Pin4）得到的信号经过一个定值衰减网络，再经过单端转差分信号，直接输入到R1000，作为外部本振，并且对信号进行峰值功率检测。

(2)反向功率检测主要是检测天线的回波损耗（根据天线的回波损耗和输入的功率，也可计算出天线发射出的功率，因此也称为发射功率检测）。在天线端阻抗严重失配的情况下，ARM7将关闭功放电源，以保护功放不被损坏。具体检测方法是：(1)功率检测通过高阻跨接在耦合器的反向耦合端，通过电阻分压和电容耦合，进入功率对数检测芯片，映射出相对应的直流电压值，输入到R1000，结合线路损耗计算得出发射信号的功率。(2)耦合器的反向耦合端（Pin3）得到的信号经过一组衰减网络，再经过单端转差分，直接输入到R1000作为接收信号并且进行接收信号的峰值功率检测。

由于R1000的输出功率最大只有+14 dBm，通常其输出功率为-6 dBm~+10 dBm。在这样的发射功率下，系统对标签的读取距离最大只有约30 cm。为了达到更远的读取距离，需要在R1000的输出端加上一个驱动电路模块，结合R1000自身的发射功率调节功能，可以使该系统工作在不同使用场合的不同作用距离要求。

1.2 ARM7及其外围电路

根据R1000的应用文档说明，本方案采用了ATMEL公司的ARM7芯片AT91SAM7S-256作为MCU，用来实现空中接口协议，完成调试功能，以及通过USB接口或UART口与上位机进行通信[3]。

在系统开始调试时，首先将R1000底层驱动程序的二进制代码通过JTAG接口,烧写到MCU内部Flash中预先划分的存储区域内。然后连接MCU和PC机之间的UART接口，在PC机的超级终端界面中，对MCU的通信协议和USB接口驱动进行配置。如果配置成功，重新上电后，超级终端界面中将可以看到MCU与R1000之间简单的通信测试成功的打印信息。至此，MCU及其外围电路调试完成，可以正常工作了。

1.3 电源管理模块

本文设计的UHF RFID读写器核心模块作为一个独立功能模块,可直接应用在PC上或是嵌入到其他手持设备中，所以本设计的电源管理模块所考虑的工作电压是5 V的DC输入或是手持电池输入（3.7 V），再经过内部的电源模块转换成模块所需要的各种电压[5]，其中数字部分需要的电压：1.8 V、3.3 V，射频部分需要的电压为1.8 V、3.3 V、5 V。

2 系统测试

硬件电路完成后，为测试驱动放大器的性能，以及最终获得发射天线的信号功率谱(频带902 MHz~928 MHz），采用了矢量分析仪和频谱仪等测试仪器。

结果表明，该读写器可在8 dBi天线下，实现3 m以上的读写距离，实现了良好的性能。整个读写器PCB尺寸为6.5 cm×4 cm，对外提供了USB2.0和UART等通信接口，可以很方便地嵌入到其他host设备尤其是便携式设备中使用。