「專利解密」智博晟源科技——RFID讀寫器系統

北京智博晟源科技有限公司是一家擁有全球領先的UHF RFID芯片及物聯網解決方案的提供商。在“芯力量·云路演”中，智博晟源科技帶來了其高性能UHF RFID讀寫芯片。

智博晟源科技發明的RFID讀寫器系統，利用該系統，可以有效的解決由于芯片的制造工藝因素、PCB制版的工藝因素、片外元器件因素和工作環境溫度因素所導致的系統輸出功率大小無法精確控制的問題，同時改善了輸出功率調節步長，使得可以對其進行精確控制，使得讀寫器輸出功率變化波動較小。

無線通信技術的發展，對無線通信芯片的要求越來越高，既要求通信質量，也要求通信距離。無線通信系統的通信距離由多方面因素決定，在射頻芯片方面主要受限于接受機靈敏度和發射機輸出功率兩大因素。無線通信系統一方面要求發射機輸出功率滿足通信協議要求，另一方面要求發射機輸出功率可以精確調節以滿足通信場景要求。

但是目前現有的射頻識別(RFID)讀寫器輸出功率大小無法精確控制、輸出功率調節步長無法精確控制，并且射頻識別讀寫器工作環境溫度要滿足-40℃到85℃工業要求，隨著工作溫度的變化，系統輸出功率會發生很大變化，目前的功率調節方案無法解決溫度對功率的影響。

因此，為了解決這些問題，智博晟源科技發明了一種新的RFID讀寫器系統，在19年9月26日，其申請了一項名為“一種RFID讀寫器系統以及功率校準方法”的發明專利(申請號：201910919863.1)，申請人為北京智博晟源科技有限公司。

根據目前該專利公開的專利資料，讓我們一起來看看這項新型RFID讀寫器系統吧。

首先，為了更好的了解RFID讀寫器系統，我們需要清楚原超高頻射頻識別通信系統的原理，如上圖所示，超高頻(UHF)射頻識別(RFID)通信系統由RFID讀寫器和RFID標簽兩大部分組成。RFID讀寫器是有源系統，可以直接外接電源供電，標簽是無源系統，無法直接外接電源供電。RFID讀寫器通過天線向空間發射電磁波，RFID標簽通過線圈接收空間電磁波并轉化成電能給自己供電。

在實際應用場景中，標簽和RFID讀寫器兩者之間的距離不確定。當兩者之間距離較遠時，由于電磁波空間長距離衰減大，要求RFID讀寫器能夠發射大功率電磁波，以便能夠激活標簽，保證兩者正常通信。當兩者之間距離較近時，由于電磁波空間短距離衰減小，要求RFID讀寫器能夠發射小功率電磁波，能夠順利激活標簽，同時減少讀寫器系統功耗。這就要求RFID讀寫器輸出功率可以調節，以滿足不同距離通信應用場景。

在了解RFID讀寫器的基本原理后，我們再來看看在這項專利中的RFID讀寫器系統是如何的。

如上圖就是該專利發明的RFID讀寫器系統的原理圖，在傳統方案的基礎上增加了如下功能：

1)增加了功率耦合器(Coupler)和功率檢測器，用于檢測RFID讀寫器輸出功率，并以輸出電壓的形式送給主控制器，主控制器檢測輸出電壓大小，準確計算讀寫器輸出功率。

2)在傳統功率粗調的基礎上，在數字基帶端增加了功率細調寄存器：DBB_Gain< N:0 >，當RFID讀寫器發射單載波信號時，數字基帶送給基頻DAC的數字碼增益精確可調。

由于該專利中的功率校準技術工作原理分為功率粗校準和實時功率精校準兩大部分，因此，結合下圖中的RFID讀寫器系統的流程圖來對于這兩大部分進行詳細的介紹。

對于功率粗校準，由于業界要求RFID讀寫器輸出功率調節范圍：15dBm--30dBm，因此調節步長為1dBm，調節精度為+-0.5dBm。其次，配置功率細調寄存器：DBB_Gain< N:0 >為中間值，通過配置片內功率放大器增益寄存器：PA_Gain< N:0 >和上混頻器增益寄存器：Mixer_Gain< N:0 >，找到一組最佳配置組合使RFID讀寫輸出功率最接近15dBm。

接著重復上述步驟，依次找到不同的配置組合，使RFID讀寫器輸出功率分別最接近16dBm/17dBm/… /30dBm。當RFID讀寫器輸出功率為15dBm/16dBm/… /30dBm時，把分別對應的片內功率放大器增益寄存器：PA_Gain< N:0 >和上混頻器增益寄存器：Mixer_Gain< N:0 >，存儲在主控制器里面。主控制器根據需要，配置RFID讀寫器不同輸出功率，上位機軟件直接調用不同功率對應的寄存器組合進行配置，完成RFID讀寫器輸出功率粗調。

而實時功率精校準就更加復雜一些，首先需要根據主控制器的需求，配置片內功率放大器增益寄存器：PA_Gain< N:0 >和上混頻器增益寄存器：Mixer_Gain< N:0 >，此時RFID讀寫器輸出功率和目標值有一定的偏差，該偏差隨溫度變化而變化，造成RFID讀寫器輸出功率偏差。

對于功率細調寄存器而言，DBB_Gain< N:0 >越大，系統輸出功率越大。其調節步長可以很小：<0.05dBm，調節范圍：+-3dBm，完全可以補償各種因素導致的功率偏差。同時功率耦合器把RFID讀寫器外部功率放大器輸出功率耦合給功率檢測器芯片，避免功率檢測器和外部功率放大器直接相連，影響外部功率放大器工作和效率。功率檢測器檢測RFID讀寫器輸出功率，并以輸出電壓的形式反映RFID讀寫器輸出功率大小，RFID輸出功率越大，功率檢測器輸出電壓越高。

接著通過測量RFID讀寫器輸出功率和功率檢測器的輸出電壓，可以得到兩者對應表，根據該對應表可以擬合出兩者的對應公式，將該公式存儲在主控制器里面，供上位機軟件調用計算使用。

功率檢測器的輸出電壓送給主控制器，主控制通過內部ADC采樣計算出該電壓具體值，軟件根據功率和電壓的擬合公式，計算出RFID讀寫器實際輸出功率值。上位機軟件對比RFID實際輸出功率值和目標值：如果計算得出的RFID實際輸出功率值小于目標值，則增加功率細調寄存器DBB_Gain< N:0 >的值，如果計算的RFID輸出功率值大于目標值，則減少功率細調寄存器DBB_Gain< N:0 >的值，直至兩者差異小于系統規定的誤差容限，校準暫停。

最后，當工作環境溫度變化時，RFID讀寫器輸出功率會發生變化，一旦輸出功率偏離目標值超過誤差容限時，校準功能被觸發，重復上述校準過程，實現RFID讀寫器輸出功率實時校準，減少溫度對功率的影響。

以上就是智博晟源科技發明的RFID讀寫器系統，利用該系統，可以有效的解決由于芯片的制造工藝因素、PCB制版的工藝因素、片外元器件因素和工作環境溫度因素所導致的系統輸出功率大小無法精確控制的問題，同時改善了輸出功率調節步長，使得可以對其進行精確控制，使得讀寫器輸出功率變化波動較小。