3.1、RFID技術

射頻識別技術（RFID）是一種非接觸的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。它是由電子標簽（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，如圖2所示。電子標簽工作時需要讀寫器發送射頻能量支持其內部的標簽芯片工作，從而實現標簽向讀寫器傳送數據或由讀寫器向標簽寫入數據。

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的結合體。標簽根據其工作模式不同而分為主動標簽和被動標簽。主動標簽自身攜帶電池為其提供讀寫器通信所需的能量；被動標簽則采用感應耦合或反向散射工作模式，即通過標簽天線從讀寫器中發出的電磁場或者電磁波獲得來激活芯片，并調節射頻識別標簽芯片與標簽天線的匹配程度，將儲存在標簽芯片中的信息反饋給讀寫器。因此，射頻識別標簽天線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器所發出的電磁能量。

3.2、標簽硬件電路及PCB設計

本文的無線部分采用的是德州儀器（TI）公司的CC2500射頻收發器，它是一個低價格的真正單芯片的2.4GHz收發器，它被設計用于低功耗無線應用領域，芯片工作在ISM（工業，科學和醫療）和SRD（短距離設備）的2400MHz-2483.5MHz這個頻段。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，哈佛總線結構、低功耗、高速度。內部集成了3個定時器，2個比較PWM模組，1路SPI接收（主模式），1路I2C接口（主／從模式），1個增強型的異步串行收發器（UART），一個并行從端口（PSP），10位8通道ADC，此外，還集成了BOR，看門狗定時器（WDT），具有寬工作電壓（2.0v-5.5v）等特點。

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發送操作命令，配置其調制方式，工作頻率等參數，通過命令配置其為接收狀態、發送狀態、空閑狀態或休眠狀態。CC2500的引腳GD00和GD02輸出狀態，當其接收到一個數據或發送完一個數據，都會在引腳上輸出一個脈沖，MCU利用這個脈沖來判斷CC2500的狀態，從而實現MCU對CC2500的一切操作。天線采用Rainsun公司的2.45GHz貼片天線，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），而天線是50的單端輸入，因此之間需要搭建一個差分到單端的阻抗匹配網絡，即一個平衡轉換器。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，電子標簽天線的阻抗應為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