3.1、RFID技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。它是由電子標(biāo)簽（Tag／Transponder）、讀寫器（Reader／Interrogator）及中間件（Middle-Ware）三部分組成的一種短距離無線通信系統(tǒng)，如圖2所示。電子標(biāo)簽工作時(shí)需要讀寫器發(fā)送射頻能量支持其內(nèi)部的標(biāo)簽芯片工作，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽向讀寫器傳送數(shù)據(jù)或由讀寫器向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)。

圖2、RFID系統(tǒng)原理示意圖

射頻識(shí)別中的標(biāo)簽是射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線的結(jié)合體。標(biāo)簽根據(jù)其工作模式不同而分為主動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽。主動(dòng)標(biāo)簽自身攜帶電池為其提供讀寫器通信所需的能量；被動(dòng)標(biāo)簽則采用感應(yīng)耦合或反向散射工作模式，即通過標(biāo)簽天線從讀寫器中發(fā)出的電磁場或者電磁波獲得來激活芯片，并調(diào)節(jié)射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片與標(biāo)簽天線的匹配程度，將儲(chǔ)存在標(biāo)簽芯片中的信息反饋給讀寫器。因此，射頻識(shí)別標(biāo)簽天線的阻抗必須與標(biāo)簽芯片的輸入阻抗共軛匹配，以使得標(biāo)簽芯片能夠最大限度地獲得射頻識(shí)別讀寫器所發(fā)出的電磁能量。

3.2、標(biāo)簽硬件電路及PCB設(shè)計(jì)

本文的無線部分采用的是德州儀器（TI）公司的CC2500射頻收發(fā)器，它是一個(gè)低價(jià)格的真正單芯片的2.4GHz收發(fā)器，它被設(shè)計(jì)用于低功耗無線應(yīng)用領(lǐng)域，芯片工作在ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療）和SRD（短距離設(shè)備）的2400MHz-2483.5MHz這個(gè)頻段。CC2500集成高可配置的基帶調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器支持多種調(diào)制格式并且有一個(gè)可配置的高達(dá)500kbps的傳輸速率。微處理器（MCU）采用Microchip公司的PIC16F877A，PIC16F877A采用RISC指令系統(tǒng)的高性能8為微處理器，哈佛總線結(jié)構(gòu)、低功耗、高速度。內(nèi)部集成了3個(gè)定時(shí)器，2個(gè)比較PWM模組，1路SPI接收（主模式），1路I2C接口（主／從模式），1個(gè)增強(qiáng)型的異步串行收發(fā)器（UART），一個(gè)并行從端口（PSP），10位8通道ADC，此外，還集成了BOR，看門狗定時(shí)器（WDT），具有寬工作電壓（2.0v-5.5v）等特點(diǎn)。

CC2500的外圍器件比較簡單，CC2500與MCU之間的接口通過SPI接口相連接，MCU通過SPI接口向CC2500發(fā)送操作命令，配置其調(diào)制方式，工作頻率等參數(shù)，通過命令配置其為接收狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)、空閑狀態(tài)或休眠狀態(tài)。CC2500的引腳GD00和GD02輸出狀態(tài)，當(dāng)其接收到一個(gè)數(shù)據(jù)或發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)，都會(huì)在引腳上輸出一個(gè)脈沖，MCU利用這個(gè)脈沖來判斷CC2500的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)MCU對CC2500的一切操作。天線采用Rainsun公司的2.45GHz貼片天線，標(biāo)簽采用紐扣電池供電。CC2500的RF-N與RF-P是差分射頻信號輸出引腳，輸出阻抗為（80+j74），而天線是50的單端輸入，因此之間需要搭建一個(gè)差分到單端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)平衡轉(zhuǎn)換器。CC2500射頻模塊的電路原理圖如圖3所示。

圖3、CC2500頻模塊的電路原理圖

由于電子標(biāo)簽芯片的輸出阻抗具有電抗分量，為了達(dá)到能量的最大傳遞，需要將天線的輸入阻抗設(shè)計(jì)為標(biāo)簽芯片阻抗的共軛。一般而言，電子標(biāo)簽芯片的輸入阻抗為Z=R-jX形式，為了獲得共軛形式的阻抗，電子標(biāo)簽天線的阻抗應(yīng)為Z=R+jX形式。

巴倫部分在ADS軟件的仿真如圖4所示，可以看出有很好的阻抗匹配和良好的帶寬選擇性能。

圖4、巴倫的性能仿真