智能卡讀寫器，IC卡讀卡器

射頻識别(RFID)技術憑借其遠距離的可讀取性、快速的識别性、大容量的資料存儲能力，已經越來越受到人們的關注。在國外，零售業、交通系統、物流管理以及個人身份管理是其最爲主要的應用範疇;而國内RFID市場雖然才起步，但在居民身份證、公交售票、高速公路收費和校園管理等方面已經取得瞭長足的進展，RFID已經開始逐步深入到我們生活的各個方面。本文針對RFID的一些硬件模塊
，設計瞭相應的接口電路，組合成一個實用的基於ARM的RFID讀寫器[1-3]。

　　1 總體方案

　　整個系統採用模塊化設計
，每個模塊採用集成度高、功能獨立的芯片，並(bìng)配上一定的外圍電路。系統主要分爲基於(yú)IXP425控制器的主控模塊、通信接口(包括以太網、串口和USB接口
，電源管理)、具備基帶信号調制解調的射頻信号採集處理闆以及功率放大模塊組成，如圖1所示
。

　　目前
，嵌入式處理器的種類很多，常見的32 bit嵌入式處理器有ARM、PowerPC、Co1dFire等。與其他嵌入式處理器相比，ARM具有體積小、功耗低
、成本低、性能高的優點
，並(bìng)提供豐富的片内外圍控制電路。設計採(cǎi)用ATMEL公司的AT91SAM7S64微處理器。

　　射頻模塊採(cǎi)用Intel R1000收發器。内含能源擴大器，可在近距離或者2 m内對标簽進行編(biān)碼和閱讀，而具體距離由讀寫器所使用的天線決定。使用R1000讀寫器的讀寫範圍可以達到10 m。R1000與單獨的微處理器連接，這個微處理器可以把由R1000數字信息處理器産生的原始數據轉換成EPc或者18000-6c格式的代碼，其工作頻率爲860 MHz～960 MHz，共有56個引腳，採(cǎi)用0.18 μm SiGe BiCMOS先進工藝，面積僅爲8 mm×8 mm，功耗隻有1.5 W左右，具有很高的集成度。此芯片既可降低設計中的複雜性和生産成本，又能使制造商制造出體積更小，更有創新性的讀寫器，從而開拓新的RFID應用領域
。

　　2 硬件設計與實現

　　2.1 基於(yú)IXP425控制器的主控制部分

　　普通閱讀器在處理由閱讀器訪問電子标簽獲得的原始RFID數據時，通常通過閱讀器上的通信接口将該信号送到上層具有中間件的上位機中，這樣的處理方式增加瞭(le)設備(bèi)集成費用，降低瞭(le)系統集成度。在此設計中設計一塊嵌入式微處理器來替代上位機，将圖2所示的中間件和應用進程裝到此闆子中，隻要設計的微處理器系統中嵌入式CPU配置達到ARM9的标準，就能達到運行的要求。

　　2.2 基於(yú)ARM7的射頻採(cǎi)集處理器部分

　　射頻信号採(cǎi)集處理[4-6]採(cǎi)用基於(yú)ARM7的嵌入式系統進行處理，與主機之間的通信爲串口和以太網接口，與射頻芯片進行的數據交換可根據技術方案中採(cǎi)用的射頻芯片具體信号靈活設定。基於(yú)ARM7的射頻採(cǎi)集處理器結構框圖如圖5所示。

　　功率放大模塊用於(yú)對發射信号進行功率放大，增加傳(chuán)輸功率，經過功率放大後直接連接到環行器。

　　在天線前端AFE部分
，天線作爲信号從讀寫器到标簽的收發端，直接與環行器相連。對Intel R1000超高頻收發器，基於不同的天線子系統
，天線有兩種配置情況，即單天線模式和雙天線模式。雙天線模式採用分離的天線将接收器和發射器連接起來，通常情況下，兩根獨立的天線由一個開關控制，每根天線僅具備接收器功能或發射器功能。對單天線模式，因天線的反射系數並不理想，所以接收增益不能太大，會有飽和的問題。以R1000的高接收靈敏度，可以搭配-10 dB左右的耦合器，視整體線路的隔離而定;對於雙天線模式，天線的收發隔離比較理想，接收路徑可以使用高增益。

　　2.3 外置天線部分

　　設計(jì)的天線應滿(mǎn)足以下要求：

　　(1)滿(mǎn)足超高頻(pín)UHF頻(pín)段要求;

　　(2)近場(chǎng)、遠場(chǎng)RFID操作可讀取單(dān)品級标簽;

　　(3)匹配超高頻(pín)Gen2或ISO18000-6C RFID标簽(qiān);

　　(4)高性能、低成本天線(xiàn)解決(jué)成本;

　　(5)适合桌面、壁挂安裝(zhuāng)。

　　3 多層PCB設計

　　基於(yú)ARM7的射頻信号採集PCB闆爲4層闆，頂層、底層爲原件面和布線層，中間層爲電源層和地層，材料爲FR4，介電常數爲4.7，尺寸爲180 mm×90 mm。基於(yú)IXP425控制器的主控制PCB闆爲6層闆，頂層、第3層、第4層、底層爲原件面和布線層，第2層和第5層爲電源層和地層，材料爲FR4，介電常數爲4.7，尺寸爲250 mm×90 mm。闆中有過孔和銅皮設計，過孔的設計是爲瞭(le)布線方便，銅皮的設計減小瞭(le)信号幹擾。

　　按本文所述的硬件結構設計方案，可實現一個工作頻率爲850 MHz～930 MHz的RFID讀寫器，在系統最大輸出功率條件下，有效識讀距離可達8 m。目前，RFID超高頻技術的發展已比較成熟，也已經有瞭(le)一些标準，标簽的價格也有所下降，但RFID超高頻讀寫器卻有變得更大、更複雜和更昂貴的趨勢，其消耗能量将更多，制造元件達數百個之多。然而，此次項目的設計採(cǎi)用高度集成的R1000芯片，希望能解決上述問題，既降低芯片設計中的複雜性和生産成本，又能制造出體積更小、更有創新性的讀寫器，從而開拓新的RFID應用領域。

最新版RFID讀寫器産品手冊下載