5.1.2阅读器的分类
超高频RFID阅读器的核心部件是阅读器模块，它是整个阅读器的心脏，负责与标签通信的所有功能。阅读器根据功能和应用不同有多种表现形式，分为固定式阅读器、手持式阅读器（手持机）、一体式阅读器（一体机），这三类阅读器的共同点是都具有阅读器模块（简称模块）。
1.阅读器核心模块
在5.1.1节中介绍了，阅读器固件（ReaderFirmware）和射频硬件（RFHardware）这两部分合在一起叫做阅读器核心模块，又叫做阅读器模块或模块。阅读器模块是构成阅读器的关键部件，阅读器功能和性能主要通过模块体现，而模块最关键的部分是射频硬件性能。
（1）射频收发芯片选型
目前超高频RFID模块主要有三种：采用专用超高频RFID阅读器芯片、采用集成无线收发芯片、采用分立元件集成。
采用专用超高频RFID阅读器芯片。现在用于超高频RFID模块的专用芯片有Impinj公司的R/R/R系列、奥地利微电子公司的AS/AS/AS/AS系列（已被ST公司收购）、Phychips公司的PR/PR系列。其中Impinj的R芯片是最早出现的集成专用超高频RFID阅读器芯片，是由Intel公司开发的，后卖给了Impinj公司，具有良好的性能，是早期阅读器模块的首选方案。Impinj的R芯片在R的产品上做了较大提升，增加了载波抵消功能，现阶段该芯片是市场上性能最好的专用阅读器芯片，中高端阅读器模块95%以上都采用该方案。采用Impinj系列专用芯片开发模块时，需要配套MCU工作，这个MCU工作为对专用芯片的寄存器进行操作，从而实现对协议和射频收发的控制，一般高端采用ARM7及以上规格的MCU。Phychips的PR芯片是一款小型化内置MCU的高集成度的阅读器芯片，具有低成本、低功耗、小尺寸的优点，在中低端的阅读器中占有较大市场份额。国内的一些阅读器芯片开发公司也开发了国有自主知识产权的阅读器芯片，如上海智坤半导体推出对标ImpinjR的带有载波自抵消功能的IBAT-，无锡旗连电子开发了对标PhychipsPR/PR的系列芯片。采用专用阅读器芯片的优点为：系统内嵌ISO/IEC-6协议、外围电路简单、易于调试和开发周期短。其缺点为：资料透明度低、扩展开发困难、成本相对集成无线收发芯片方案较高、核心芯片无法替换导致供应链风险较大。
采用集成无线收发芯片。由于超高频RFID的工作频率为MHz-MHz，与手机和许多小无线设备的工作频率重复，可以在市场上找到廉价的集成无线收发芯片。目前在超高频RFID模块中得到广泛应用的有ADI公司推出的ADF、TI公司的CCCC11、Semtech公司的SX等。由于上述芯片在市场上的其它应用有很大的销售数量，其单价成本相对于专用超高频阅读器芯片低很多。这是由于专用阅读器芯片只能用于超高频RFID阅读器，其芯片销量很少，一般一年只有几十万颗（或更少），而芯片开发的前期成本很高，就需要通过这每年的几十万颗专用芯片分担，因此单价很高。而这些集无线收发芯片年销售量在千万颗左右，其开发成本早已经被分担。一般情况下集成无线收发芯片的成本仅为专用阅读器芯片的10%不到。采用集成无线收发芯片的模块外围电路不太复杂，但需要工程师独立开发协议栈部分，一般因为成本因素会选择一个单片机来实现Gen2协议和集成无线收发芯片的控制。这样会给工程师很大的开发空间，开发具有自己知识产权的产品。采用集成无线收发芯片的模块成本很低，性能很差，常用于廉价的一体机和桌面机。
采用分立元器件集成。即通过使用调制解调器，PA，Balun，ADC，DAC等射频器件集成实现。由于采用分立元器件，因此每一个部件都可以选择性能最好的，分立元器件的性能优于集成芯片。由于采用分立元器件集成的方案是针对高端应用，其协议和数据处理的要求很高，一般采用FPGA或DSP实现协议处理，采用ARM9及以上规格的MCU作为系统主控。如此开发的阅读器模块具有高性能的特点，其缺点是开发难度大周期长，尺寸大，产品成本也非常高。现阶段只有Impinj和Alien等公司的高端阅读器会采用分立器件的方案，一般分立元器件集成实现的阅读器模块不在市场上销售，都会以整机的形式出现。
（2）阅读器模块的选择依据
阅读器模块选择的重要依据包括：符合产品标准要求、成本、体积、功耗、输出功率、抗干扰能力、接收灵敏度、外围元件的多少、数据传输速率和开发难易等等。下面重点介绍几点：
符合协议要求：这是设计中的重点，如果这一点不符合那么系统则无法工作。
输出功率：发射功率越大，信号不仅覆盖面积广而且传输距离远。因此同等条件下，选择输出功率高的产品（符合当地无线电规范）。
抗干扰能力：同等发射功率和接收灵敏度的情况下，系统的抗干扰能力越强则实际的通信距离就会越远。
接收灵敏度：接收灵敏度反映接收机捕获微弱信号的能力。超高频RFID阅读器模块的接收灵敏度越高，识别误码率和识别距离都会有很大改善。
系统体积大小：可以有效减小PCB的空间，降低成本，利于超高频RFID阅读器的小型化开发。
识别速率：与处理器和算法相关，尤其是在仓库、智能零售等应用中，需要快速识别几百个标签，对处理和计算要求很高。采用集成无线收发芯片方案的模块多标签算法较差，很难支持超过50个标签的同时读取。
成本考虑：实际上中国的超高频RFID项目中，成本是非常关键的因素之一，许多时候选型是由成本决定的。
低功耗考虑：尤其是手持机应用中对功耗要求较高。
（3）阅读器模块案例分析
如图5-4所示为ThingMagic公司的Mercury6e（M6e）嵌入式超高频RFID阅读器模块，其内部采用了Impinj的R芯片，搭配ARM7作为处理器。该器件按照全尺寸读写器的性能标准设计，其体积小、能效高，足以满足移动应用要求。M6e支持4端口，并能提供最大+31.5dBm输出功率。M6e提供串行接口和USB接口，以支持板到板和板到主机连接。
图5-4Mercury6e（M6e）嵌入式超高频RFID阅读器模块
M6e模块的特性有：
支持多协议，包括EPCglobalGen2（ISO-6C），含DRM、ISO-6B（可选）和IP-X（可选）。
四个50欧姆MMCX连接器，支持四个单静态天线。
独立的读取和写入电平，指令调节范围为5dBm至31.5dBm（1.4W），且高于+15dBm时精度为+/0.5dBm。
支持MHz至MHz超高频RFID全载波频率范围，以满足全球规范要求。
可在采用FCC、ETSI、MIC（韩国）和SRRC-MII（中国）监管规范的国家获得使用认证。
TTL电平异步数据接口支持高达.6kbps的速率。
USB2.0全速设备端口（高达12Mbps）。
工作温度范围为-40°C至+60°C。
采用高性能设置，标签读取速度为每秒个标签。
在使用6dBi天线的情况下，标签最大读取距离超过30英尺（9米）。
4个GPIO线路通过数据接口控制。
Thingmagic公司的M5e/M6e等系列模块，一直是超高频RFID市场上高性能模块的典范。不过随着中国市场的发展以及越来越多的人才进入超高频RFID阅读器的市场中，国产阅读器模块的性能越来越好，加上中国制造的低成本优势，现在中国的中高端模块市场中也有大量的国产品牌。
2.固定式阅读器
固定式阅读器一般应用于工业场景中，具有高性能，高可靠性等优点。其核心模块一般采用分立元器件集成方案或R的专用芯片方案，前文介绍过的M6e模块就是为固定式阅读器设计的。固定式阅读器一般具有四个射频端口（也有2端口和8端口等不同端口的固定式阅读器），同时具有多种外部接口。
如图5-5所示为ImpinjR阅读器，是市场上性能最优的固定式阅读器之一，其具有如下特点：
企业级可靠性和安全性：具有安全防护功能并支持现场升级。
专为企业级部署而设计：高速处理能力和优越的接收灵敏度，适用于企业级物联网解决方案。
开发简单：通过API轻松地连接到loT应用程序，并支持主流的loT数据传输技术。
系统构建强大的，支持自定义的解决方案：具有强大的嵌入式系统，支持自定义的阅读器应用程序。
快速连接到loT应用程序：阅读器支持千兆以太网连接防止了数据阻塞并降低了延迟。
可在恶劣的环境下工作：阅读器具有坚固、抗冲击的铸铝外壳。
图5-5ImpinjR阅读器
M的超高频RFID特性非常优越，体现在：输出功率、标签识别速率、阅读器的灵敏度以及支持多种阅读器场景等几个方面。
输出功率：最大输出功率可达33dBm（PoE+供电）。在普通PoE供电模式下由于供电能力不足无法支持最大功率输出，因此只支持30dBm的输出功率。现阶段市场上超高频RFID阅读器的最大输出功率一般设置为33dBm，其主要原因是大功率可以获得更好的工作距离。并不是输出功率一味放大就可以增加工作距离，如果输出功率再增大，阅读器接收机中的载波信号会加强以至于系统的灵敏度下降，反而使系统的工作距离减小。
标签识别速率：可以达到最快1个标签每秒，这是市场上速率最快的工业级固定式阅读器之一。M采用的多标签算法在3.3.2节中有详细介绍。
阅读器的灵敏度：阅读器在误码率千分之一的条件下实现了-92dBm的灵敏度，可以说是市场上灵敏度最好的阅读器，领先行业其他竞争对手。
支持多种阅读器场景，如多阅读器场景（DenseReaderMode），或干扰较大的场景，阅读器可以根据环境的干扰情况调整工作方式。
从市场的反馈看，M阅读器在主流固定阅读器中的性能第一，这与二十多年来Impinj公司的努力分不开，加上Impinj公司既有标签芯片，又有阅读器芯片，对整个系统的积累非常深，他们开发的M阅读器无论在性能还是在稳定性上都有卓越的表现。
3.手持式阅读器
手持式阅读器是超高频RFID应用中常见的阅读器设备，它不仅包含阅读器模块，还包含了操作系统、人机输入输出系统（按键、显示屏）、天线模块，可以说包含了一个超高频RFID系统中除了标签之外的所有元素。手持式阅读器体积小，操作方便，可以不依赖外界设备单独工作，广泛适用于资产管理、服装盘点、车辆管理、高速收费、仓储管理、金融管理等领域。
手持式阅读器根据是否带有操作系统和屏幕分为超高频RFID手持终端和超高频RFID蓝牙阅读器（也叫SLED）。
（1）超高频RFID手持终端
超高频RFID手持终端从出现至今也有十几年的历史了，其最早是通过手持条码扫描枪改造而来的，只是在手持条码枪的前端放置了阅读器模块和天线。随着智能手机的发展，安卓系统的手机功能越来越强大且成本逐渐降低，因而手持终端的开发变为将安卓系统的手机增加握柄、阅读器模块和天线。如图5-6所示为Alien的H手持机，该手持机是笔者主导开发的产品。
（a）H手持机（b）H内部天线
图5-6Alien的H手持
H手持机是一款具有按键的工业级手持机，具有如下特点：
支持一维条码和
