433MHz有源电子标签的设计与实现

2012年第02期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.02,2012 总第242期 Communications Technology No.242,Totally ·传 输·

433 MHz有源电子标签的设计与实现

胡林亚， 邹传云， 张刚建

（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010）

【摘 要】随着射频识别技术的发展，有源电子标签的应用越来越广泛，现有的电子标签或多或少存在缺陷。介绍了无线通信芯片CC1110的主要功能与特点和基于CC1110芯片的有源电子标签的设计,并给出了硬件电路图及应用ADS软件进行匹配和优化设计的结果。很大程度上降低了成本和减少了标签的厚度。给出了标签的具体尺寸和测试结果，达到使用要求。可广泛应用于资产管理，具有很大的发展前景。提出优化标签的方向。

【关键词】CC1110；有源电子标签；设计；实现

【中图分类号】TN92 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)02-0032-03 Design and Implementation of 433 MHz Active RFID

HU Lin-ya，ZOU Chuan-yun，ZHANG Gang-jian

（College of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology,

Mianyang Sichuan 621010, China）

【Abstract】With the development of radio frequency identification technology, the active tags are increasingly used, but the tags now is use have their defects.The key features of the CC1110 wireless communication chip and the design of active tags based on the chip are presented, and the hardware circuits and their optimization by the ADS are given. All these greatly reduce the cost and the thickness of the tags. The concrete dimensions and test results of the tags are also given. Experiment indicates that the proposed design could meet the application requirement, and thus could be widely used in asset management. This tag design is of great development prospects. The future optimization of this tag is also given in this paper.

【Key words】CC1110；active RFID；design；implementation

0 引言

射频识别(RFID)是一种基于无线通信的自动识别技术，简单的来讲就是可以不通过物体间接触，通过线圈的耦合或者雷达的原理，来自动识别的电子标签所携带的信息。RFID系统中的标签根据它自身是否能供电可以分为有源或无源电子标签，有源电子标签由于它本身能够供电，识别距离大概是普通无源标签的5~10倍[1]。随着技术的进步和需求指标的不断提高，有源远距离的电子标签越来越受到人们的关注。文中设计的433 MHz有源电子标签为可读写型电子标签，阅读器不需要向电子标签供电，只需给到达自己辐射范围的电子标签一个激励信号，标签本身带有电池，感受到这个激励信号后电池开始工作，完成读写信息的交换。这样做大大可以降低电池的待机功耗，增加标签的使用年限。

1 标签电路的设计

1.1 芯片的选型

有源电子标签电路主要由控制电路、射频电路、天线、电池这4部分构成。其中控制电路和射频电路由于都需要供电耗能，所以在设计的时候要重点的考虑，这是因为标签自带电池的电量有限，如果想要增加使用时间必须要从芯片电路设计和待机这两部分考虑，所以芯片的选型至关重要，选择芯片时

收稿日期：2011-11-11。

作者简介：胡林亚（1988-），男，硕士研究生，主要研究方向为射频识别；邹传云（1960-），男，教授，博

士，主要研究方向为无线通信、超宽带通信、光

通信；张刚建（1986-），男，硕士研究生，主要

研究方向为射频识别。

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应尽量选外围电路简单，元器件少，体积小，耗能低的芯片。文中的设计中采用TI 公司生产的CC1110，该芯片集成了控制部分和射频部分，同一块芯片可以完成控制和射频两部分功能，大大减小标签的体积和外围电路设计的复杂程度，从而可以

实现降低电路的耗能，增加标签的使用寿命。 1.2 标签电路的设计

文中设计的有源电子标签的硬件结构框图如图1所示[2]。

图1 标签的原理

芯片CC1110集成了射频芯片CC1101和8051 MCU 控制芯片，具有32 kByte 的Flash 和4 kByte 的RAM ，Flash 存储器主要用于保存用户程序或重要的数据、信息等一些掉电后不能丢失的数据。只有通过对Flash 的编程操作，才能将这些数据写入Flash 存储器。这里设计时考虑到防止电池供电不足，通过芯片CC1110片内的模数转换模块对电池电压时时检测，当电池电压低于2.2 V 时，进行声光报警[3]。

J1是芯片程序烧录口，通过它可以将外部编写的程序烧录到芯片上，从而可以使CC1110进行工作。CC1110芯片工作时，在接受和发射模式下，电流分别低于16.2 mA 或16 mA ，速率为2.4 kb/s 。休眠模式电流仅为0.5 uA ，待机模式仅为0.3 uA ，CC1110的休眠模式和转到主动模式的超短时间的特性，可以满足标签增加寿命的要求。文中的设计采用的电池供电，综合标签的体积和供电消耗，设计采用CR2450型号的电池。

2 天线的设计

天线的设计成功与否直接影响标签本身读取性能好坏，标签设计重点考虑的地方。现在市面上该频率的产品大多用的都是弹簧天线和陶瓷天线，这样做不仅增加成本而且加大设计和调试的难度。文中运用天线半波长理论，采用等间隔外加衬底的结构实现天线在PCB 板上直接印制，方便电路的连接和调试，降低标签设计的成本。天线谐振点可以通过改变天线结构进行调节，改变天线的间隔宽度可

以调节谐振点，改变天线线宽的长度和宽度可以调节频率带宽等等。PCB 板上设计天线由于它是直接放到基板上，所以设计时可以用ADS 软件设定板材的参数，套用微带线的理论，用微带线计算工具完成天线宽度和长度的确定，到达理论上得正确性和

可行性[4]。

频率为433 MHz,波长大概为69 cm,天线的尺寸应满足半波长的整数倍。设计参数：板材FR4，介电常数为4.4，厚度为1.6 mm 。天线参数：长63 mm ，宽15.67 mm ，线宽为1.1 mm ，线的间隔为1.33 mm ，间隙为2 mm 。运用ADS 软件进行天线的仿真设计，天线的形状如图2所示。

图2 天线的形状

2.1 天线仿真

参数S11的仿真结果如图3所示，m 1点为f = 430.9 MHz ，db(s(1,1))=3.089；m 3点为f =430.2 MHz ，s(1,1)=0.410/178.364，impedance=Z0·(0.418+j·0.012)。 2.2 天线的匹配

由图3(c)可以算出贴片天线在433 MHz 时的阻抗为20.9+j·0.6 Ω，要将它变换到阻抗变换到50 Ω，来实现与原理图中天线接口匹配，采用最简单的微带线匹配，运用ADS 中的史密斯圆图工具进行匹配，结果如图4所示,其中响应的起止频率为0~2 GHz 。