基于低功耗射頻收發(fā)芯片CC2430的有源RFID 系統(tǒng)介紹

　　1.引言

　　RFID(RadioFrequeneyIdenTIficaTIon)射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由閱讀器和電子標(biāo)簽兩部分組成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽中，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器有效作用距離內(nèi)，雙方即可按照一定的協(xié)議進(jìn)行通信。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。 短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長(zhǎng)距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識(shí)別距離可達(dá)幾十米，如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車(chē)輛身份等[6]。另外，由于該技術(shù)很難被仿冒、侵入，使電子標(biāo)簽具備了極高的安全防護(hù)能力。RFID的應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用有動(dòng)物晶片、汽車(chē)晶片防盜器、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理。各國(guó)及相關(guān)國(guó)際組織都在積極推進(jìn)RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前，還未形成完善的關(guān)于RFID的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前主要的RFID 相關(guān)規(guī)范有歐美的EPC 規(guī)范、日本的UID(UbiquitousID)規(guī)范和ISO 18000系列標(biāo)準(zhǔn)。

　　RFID電子標(biāo)簽種類(lèi)很多，分類(lèi)方式多樣。按照供電方式可分為有源和無(wú)源的電子標(biāo)簽;按照載波頻率可分為低頻(134.2kHz)、高頻(13.56MHz)、超高頻(433MHz和915MHz)，以及微波電子標(biāo)簽(2.45GHz以上)[6];RFID電子標(biāo)簽的單項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但不管在物流業(yè)還是制造業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中還存在大量的技術(shù)難題。如：經(jīng)濟(jì)性、信號(hào)干擾、識(shí)別率的提高、信息安全和隱私保護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。

　　基本 RFID 系統(tǒng)由 RFID 標(biāo)簽(Tag)、RFID 閱讀器(Reader)及應(yīng)用支撐軟件等幾部分組成。CC2430芯片以強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)很高的認(rèn)可。同時(shí)也適用2.4 GHz頻率的設(shè)備。CC2430芯片采用O.18μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA;在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。采用7 mm&TImes;7mm QLP封裝，共有48個(gè)引腳。全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)[5]。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。特別適合應(yīng)用于RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文以TI公司的CC2430為核心，設(shè)計(jì)有源RFID標(biāo)簽。使用3。3-4。5V?？墒褂眉~扣電池供電，該芯片功耗低。所需外圍電路少，高頻元件全部集成于芯片內(nèi)其工作性能穩(wěn)定不受外界影響。非常適合于對(duì)低功耗，高性能要求的應(yīng)用環(huán)境。

　　2.標(biāo)簽的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件電路結(jié)構(gòu)

　　典型的有源RFID標(biāo)簽由天線，射頻模塊，控制模塊，存儲(chǔ)器，喚醒電路，電池模塊等組成如圖1所示。其中射頻模塊完成調(diào)制和解調(diào)標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的控制信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)?？刂破鲌?zhí)行讀寫(xiě)器的指令。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)標(biāo)簽的相關(guān)信息和單片機(jī)的控制程序?？刂破鲗?duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。射頻模塊包括發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分主要有調(diào)制器，功放，帶通濾波器，混頻器和本振等組成。接收部分由低噪放，帶通濾波器，解調(diào)器，檢波整形等組成。TI公司的CC2430芯片集成了所有的無(wú)線通信系統(tǒng)部分只需添加少數(shù)的外圍電路即可使之構(gòu)成無(wú)線通信模塊，這樣降低了系統(tǒng)成本和簡(jiǎn)化了標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。CC2430芯片采用O.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA;在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25 mA。采用7 mm×7mm QLP封裝，共有48個(gè)腳。全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。特別適合應(yīng)用于RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本標(biāo)簽設(shè)計(jì)匹配電路使輸出匹配50歐的微帶貼片天線。PCB設(shè)計(jì)中全采用表貼元件，這樣簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度和標(biāo)簽的尺寸大小。整個(gè)PCB控制在10CM*5CM內(nèi)，滿足了標(biāo)簽小型化的設(shè)計(jì)。標(biāo)簽的電路圖如圖2所示。

　　2.2 標(biāo)簽的低功耗設(shè)計(jì)

　　對(duì)于有源標(biāo)簽，由于其使用電池供電，所以標(biāo)簽的工作壽命有限這就要求標(biāo)簽要節(jié)能并且其功耗要低。從而節(jié)省電池的能量達(dá)到延長(zhǎng)標(biāo)簽的工作壽命。CC2430芯片采用O.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA;在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25 mA。在標(biāo)簽的設(shè)計(jì)過(guò)程中加入一定的控制程序可使得標(biāo)簽僅在讀寫(xiě)器的工作范圍內(nèi)才進(jìn)入工作狀態(tài)響應(yīng)讀寫(xiě)器的查詢(xún)請(qǐng)求。從而最大程度的節(jié)省了能量。

　　2.3 讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)