巴伦在RFID系统中的应用

、输出阻抗和巴伦的带宽，确定传输线的特性阻抗。但必须强调的是：微带巴伦阻抗方程是在均匀介质的前提下得出的，在实际的应用中应采取相应的措施补偿。

3、平衡转换器在RFID系统中的应用

3.1、RFID技术

射频识别技术（RFID）是一种非接触的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。它是由电子标签（Tag／Transponder）、读写器（Reader／Interrogator）及中间件（Middle-Ware）三部分组成的一种短距离无线通信系统，如图2所示。电子标签工作时需要读写器发送射频能量支持其内部的标签芯片工作，从而实现标签向读写器传送数据或由读写器向标签写入数据。

图2、RFID系统原理示意图

射频识别中的标签是射频识别标签芯片和标签天线的结合体。标签根据其工作模式不同而分为主动标签和被动标签。主动标签自身携带电池为其提供读写器通信所需的能量；被动标签则采用感应耦合或反向散射工作模式，即通过标签天线从读写器中发出的电磁场或者电磁波获得来激活芯片，并调节射频识别标签芯片与标签天线的匹配程度，将储存在标签芯片中的信息反馈给读写器。因此，射频识别标签天线的阻抗必须与标签芯片的输入阻抗共轭匹配，以使得标签芯片能够最大限度地获得射频识别读写器所发出的电磁能量。

3.2、标签硬件电路及PCB设计

本文的无线部分采用的是德州仪器（TI）公司的CC2500射频收发器，它是一个低价格的真正单芯片的2.4GHz收发器，它被设计用于低功耗无线应用领域，芯片工作在ISM（工业，科学和医疗）和SRD（短距离设备）的2400MHz-2483.5MHz这个频段。CC2500集成高可配置的基带调制解调器。调制解调器支持多种调制格式并且有一个可配置的高达500kbps的传输速率。微处理器（MCU）采用Microchip公司的PIC16F877A，PIC16F877A采用RISC指令系统的高性能8为微处理器，哈佛总线结构、低功耗、高速度。内部集成了3个定时器，2个比较PWM模组，1路SPI接收（主模式），1路I2C接口（主／从模式），1个增强型的异步串行收发器（UART），一个并行从端口（PSP），10位8通道ADC，此外，还集成了BOR，看门狗定时器（WDT），具有宽工作电压（2.0v-5.5v）等特点。

CC2500的外围器件比较简单，CC2500与MCU之间的接口通过SPI接口相连接，MCU通过SPI接口向CC2500发送操作命令，配置其调制方式，工作频率等参数，通过命令配置其为接收状态、发送状态、空闲状态或休眠状态。CC2500的引脚GD00和GD02输出状态，当其接收到一个数据或发送完一个数据，都会在引脚上输出一个脉冲，MCU利用这个脉冲来判断CC2500的状态，从而实现MCU对CC2500的一切操作。天线采用Rainsun公司的2.45GHz贴片天线，标签采用纽扣电池供电。CC2500的RF-N与RF-P是差分射频信号输出引脚，输出阻抗为（80+j74），而天线是50的单端输入，因此之间需要搭建一个差分到单端的阻抗匹配网络，即一个平衡转换器。CC2500射频模块的电路原理图如图3所示。

图3、CC2500频模块的电路原理图

由于电子标签芯片的输出阻抗具有电抗分量，为了达到能量的最大传递，需要将天线的输入阻抗设计为标签芯片阻抗的共轭。一般而言，电子标签芯片的输入阻抗为Z=R-jX形式，为了获得共轭形式的阻抗，电子标签天线的阻抗应为Z=R+jX形式。

巴伦部分在ADS软件的仿真如图4所示，可以看出有很好的阻抗匹配和良好的带宽选择性能。

图4、巴伦的性能仿真

本文的射频模块的PCB设计，就是利用了巴伦本身具有的特性，采用分立LC元器件和蛇形线，巧妙地设计了差分到单端天线的阻抗匹配及带宽选择的电路设计。

实物标签如图5所示，可以看出该标签非常微小，可以应用到诸多领域，目前可应用有汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。节省成本，性能又高，经实测，该标签读写距离比一般的同类有源标签远，误码率低，识别性能可靠等。

图5、标签实物图

由以上分析可知，在RFID系统电路设计中，电子标签芯片与天线的设计是RFID系统的关键设计，决定整个系统的成败。而标签芯片与天线之间的阻抗匹配及频率带宽是影响RFID系统的重要因素。平衡转换器具备很宽的频率带宽，还具有可调谐性，最主要的是平衡转换器具备可调控的阻抗匹配。根据标签芯片及天线的输入输出阻抗，可灵活设计电路，既可用工作频率较高的分立元件构成，也可以用微波电路构成。这样既提高系统的性能，又加速了产品的开发。

随着射频识别技术的应用不断扩大，越来