巴倫在RFID系統中的應用

3、平衡轉換器在RFID系統中的應用

3.1、RFID技術(shù)

射 頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。 RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。它是由電子標簽（Tag／Transponder）、讀寫(xiě)器 （Reader／Interrogator）及中間件（Middle-Ware）三部分組成的一種短距離無(wú)線(xiàn)通信系統，如圖2所示。電子標簽工作時(shí)需要讀 寫(xiě)器發(fā)送射頻能量支持其內部的標簽芯片工作，從而實(shí)現標簽向讀寫(xiě)器傳送數據或由讀寫(xiě)器向標簽寫(xiě)入數據。

圖2、RFID系統原理示意圖

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

3.2、標簽硬件電路及PCB設計

本文的無(wú)線(xiàn)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，它被設計用于低功耗無(wú)線(xiàn)應用領(lǐng)域，芯片工作在ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫療）和 SRD（短距離設備）的2400MHz-2483.5MHz這個(gè)頻段。CC2500集成高可配置的基帶調制解調器。調制解調器支持多種調制格式并且有一個(gè) 可配置的高達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 統的高性能8為微處理器，哈佛總線(xiàn)結構、低功耗、高速度。內部集成了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(mén)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(jiǎn)單，CC2500與MCU之間的接口通過(guò)SPI接口相連接，MCU 通過(guò)SPI接口向CC2500發(fā)送操作命令，配置其調制方式，工作頻率等參數，通過(guò)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)，當其接收到一個(gè)數據或發(fā)送完一個(gè)數據，都會(huì )在引腳上輸出一個(gè)脈沖，MCU利用這個(gè)脈沖來(lái)判斷CC2500的狀態(tài)，從而實(shí) 現MCU對CC2500的一切操作。天線(xiàn)采用Rainsun公司的2.45GHz貼片天線(xiàn)，標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(xiàn)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

由于電子標簽芯片的輸出阻抗具有電抗分量，為了達到能量的最大傳遞，需要將天線(xiàn)的輸入阻抗設計為標簽芯片阻抗的共軛。一般而言，電子標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，電子標簽天線(xiàn)的阻抗應為Z=R+jX形式。

巴倫部分在A(yíng)DS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