Навіны

З'яўляючыся самай асноўнай часткай пасіўнай тэхналогіі Інтэрнэту рэчаў, пасіўныя тэгі UHF RFID шырока выкарыстоўваюцца ў вялікай колькасці прыкладанняў, такіх як рознічны гандаль у супермаркетах, лагістыка і складаванне, архівы кніг, адсочванне падробак і г. д. Толькі ў 2021 г. глабальны сума дастаўкі больш за 20 мільярдаў.У практычных прымяненнях, ад чаго менавіта залежыць чып пасіўнай біркі UHF RFID для падачы энергіі?

Характарыстыкі харчавання пасіўнай біркі UHF RFID

1. Працуе ад бесправадной сеткі

Бесправадная перадача энергіі выкарыстоўвае бесправадное электрамагнітнае выпраменьванне для перадачы электрычнай энергіі з аднаго месца ў іншае.Працоўны працэс заключаецца ў пераўтварэнні электрычнай энергіі ў радыёчастотную энергію праз радыёчастотныя ваганні, а радыёчастотная энергія пераўтвараецца ў радыёэлектрамагнітную энергію праз перадаючую антэну.Энергія радыёэлектрамагнітнага поля распаўсюджваецца ў прасторы і дасягае прыёмнай антэны, затым яна пераўтворыцца назад у радыёчастотную энергію прыёмнай антэнай, і хваля выяўлення становіцца энергіяй пастаяннага току.

У 1896 годзе італьянец Гульельма Маркезэ Марконі вынайшаў радыё, якое рэалізавала перадачу радыёсігналаў у космасе.У 1899 годзе амерыканец Нікола Тэсла прапанаваў ідэю выкарыстання бесправадной перадачы энергіі і стварыў антэну вышынёй 60 метраў з індуктыўнасцю ўнізе і ёмістасцю ўверсе ў Каларада, выкарыстоўваючы частату 150 кГц для падачы магутнасці 300 кВт.Ён перадае на адлегласць да 42 км і атрымлівае 10 кВт магутнасці бесправаднога прыёму на прыёмным канцы.

Блок харчавання пасіўнай біркі UHF RFID прытрымліваецца гэтай ідэі, і счытвальнік забяспечвае энергію біркі праз радыёчастоту.Тым не менш, існуе велізарная розніца паміж крыніцай харчавання пасіўнай біркі UHF RFID і тэстам Tesla: частата амаль у дзесяць тысяч разоў вышэй, а памер антэны паменшаны ў тысячу разоў.Паколькі страты пры бесправадной перадачы прапарцыйныя квадрату частаты і прапарцыянальныя квадрату адлегласці, відавочна, што павелічэнне страт пры перадачы велізарнае.Самы просты рэжым бесправаднога распаўсюджвання - гэта распаўсюджванне ў вольнай прасторы.Страты пры распаўсюджванні зваротна прапарцыйныя квадрату даўжыні хвалі распаўсюджвання і прапарцыйныя квадрату адлегласці.Страты пры распаўсюджванні ў вольнай прасторы складаюць LS=20lg(4πd/λ).Калі адзінкай адлегласці d з'яўляецца м, а адзінкай частоты f з'яўляецца МГц, то LS= -27,56+20lgd+20lgf.

Сістэма UHF RFID заснавана на механізме бесправадной перадачы энергіі.Пасіўны тэг не мае ўласнага крыніцы харчавання.Ён павінен атрымліваць радыёчастотную энергію, выпраменьваную счытвальнікам, і ўсталёўваць крыніцу сілкавання пастаяннага току праз выпрамленне падваення напружання, што азначае ўстанаўленне сілкавання пастаяннага току праз помпа зарадкі Дыксана.

Прыдатная адлегласць сувязі радыёінтэрфейсу UHF RFID у асноўным вызначаецца магутнасцю перадачы счытвальніка і асноўнымі стратамі пры распаўсюджванні ў прасторы.Магутнасць перадачы счытвальніка RFID-дыяпазону UHF звычайна абмежаваная 33 дБм.З базавай формулы страт пры распаўсюджванні, ігнаруючы любыя іншыя магчымыя страты, можна вылічыць радыёчастотную магутнасць, якая дасягае тэга праз бесправадную перадачу энергіі.Сувязь паміж адлегласцю сувязі радыёінтэрфейсу UHF RFID і асноўнымі стратамі пры распаўсюджванні і радыёчастотнай магутнасцю, якая дасягае тэга, паказана ў табліцы:

З табліцы відаць, што бесправадная перадача энергіі UHF RFID мае характарыстыкі вялікіх страт пры перадачы.Паколькі RFID адпавядае нацыянальным правілам сувязі на кароткіх адлегласцях, магутнасць перадачы счытвальніка абмежаваная, таму тэг можа забяспечваць нізкую магутнасць.Па меры павелічэння адлегласці сувязі радыёчастотная энергія, якую прымае пасіўны тэг, памяншаецца ў залежнасці ад частаты, і магутнасць крыніцы харчавання хутка памяншаецца.

2. Рэалізуйце электразабеспячэнне шляхам зарадкі і разрадкі назапашвальных кандэнсатараў энергіі на чыпе

(1) Характарыстыкі зарада і разраду кандэнсатара

Пасіўныя тэгі выкарыстоўваюць бесправадную перадачу энергіі для атрымання энергіі, пераўтварэння яе ў пастаяннае напружанне, зарадкі і захоўвання кандэнсатараў на чыпе, а затым падачы энергіі на нагрузку праз разрад.Такім чынам, працэс харчавання пасіўных тэгаў - гэта працэс зарадкі і разрадкі кандэнсатара.Працэс усталявання - гэта працэс чыстай зарадкі, а працэс падачы энергіі - гэта працэс разрадкі і дадатковай зарадкі.Дадатковая зарадка павінна пачацца да таго, як напружанне разраду дасягне мінімальнага напружання харчавання мікрасхемы.

(2) Параметры зарада і разраду кандэнсатара

1) Параметры зарадкі

Працягласць часу зарадкі: τC=RC×C

Напружанне зарадкі:

ток падзарадкі:

дзе RC - гэта зарадны рэзістар, а C - кандэнсатар для захоўвання энергіі.

2) Параметры разраду

Працягласць часу разраду: τD=RD×C

Напружанне разраду:

Ток разраду:

У формуле RD - гэта супраціў разраду, а C - назапашвальны кандэнсатар.

Вышэй паказаны характарыстыкі сілкавання пасіўных тэгаў.Гэта не крыніца пастаяннага напружання і не крыніца пастаяннага току, а зарадка і разрадка назапашвальнага кандэнсатара энергіі.Калі кандэнсатар для назапашвання энергіі на чыпе зараджаецца вышэй працоўнага напружання V0 ланцуга чыпа, ён можа падаваць энергію на тэг.Калі назапашвальны кандэнсатар энергіі пачынае падаваць энергію, яго напружанне сілкавання пачынае падаць.Калі яно апускаецца ніжэй за працоўнае напружанне чыпа V0, кандэнсатар для назапашвання энергіі губляе здольнасць сілкавання, і чып не можа працягваць працаваць.Такім чынам, тэг радыёінтэрфейсу павінен мець дастатковую ёмістасць для перазарадкі тэга.

Можна заўважыць, што рэжым сілкавання пасіўных тэгаў падыходзіць для характарыстык пакетнай сувязі, а сілкаванне пасіўных тэгаў таксама мае патрэбу ў падтрымцы бесперапыннай зарадкі.

3 Баланс попыту і прапановы

Блок харчавання з плаваючай зарадкай з'яўляецца яшчэ адным спосабам падачы энергіі, і ёмістасць крыніцы харчавання з плаваючай зарадкай адаптавана да ёмістасці разрадкі.Але ва ўсіх іх ёсць агульная праблема, гэта значыць, што крыніца харчавання пасіўных тэгаў UHF RFID павінен збалансаваць попыт і прапанову.

(1) Рэжым сілкавання балансу попыту і прапановы для пакетнай сувязі

Бягучы стандарт ISO/IEC18000-6 пасіўных тэгаў UHF RFID належыць да пакетнай сістэмы сувязі.Для пасіўных тэгаў сігнал не перадаецца на працягу перыяду прыёму.Нягледзячы на ​​тое, што перыяд водгуку атрымлівае нясучую хвалю, гэта эквівалентна атрыманню крыніцы ваганняў, таму яго можна разглядаць як сімплексную працу.шлях.Для гэтага прыкладання, калі перыяд атрымання выкарыстоўваецца ў якасці перыяду зарадкі кандэнсатара-назапашвальніка энергіі, а перыяд водгуку з'яўляецца перыядам разрадкі кандэнсатара-назапашвальніка энергіі, роўная колькасць зарада і разраду для падтрымання балансу попыту і прапановы становіцца неабходная ўмова для падтрымання нармальнай працы сістэмы.З механізму сілкавання вышэйзгаданай пасіўнай біркі UHF RFID можна даведацца, што крыніца харчавання пасіўнай біркі UHF RFID не з'яўляецца ні крыніцай пастаяннага току, ні крыніцай пастаяннага напружання.Калі кандэнсатар для назапашвання энергіі тэга зараджаецца да напружання, вышэйшага за нармальнае працоўнае напружанне ланцуга, запускаецца крыніца харчавання;калі кандэнсатар для захоўвання энергіі тэга разраджаецца да напружання, ніжэйшага за нармальнае працоўнае напружанне ланцуга, падача сілкавання спыняецца.

Для пакетнай сувязі, напрыклад, радыёінтэрфейсу UHF RFID з пасіўнай біркай, зарад можа быць зараджаны да таго, як цэтлік адправіць пакет адказу, дастаткова, каб гарантаваць, што дастатковае напружанне можа падтрымлівацца да завяршэння адказу.Такім чынам, у дадатак да дастаткова моцнага радыёчастотнага выпраменьвання, якое можа прымаць тэг, чып таксама павінен мець досыць вялікую ёмістасць у чыпе і дастаткова працяглы час зарадкі.Энергаспажыванне тэга і час водгуку таксама павінны быць адаптаваны.З-за адлегласці паміж тэгам і счытвальнікам час водгуку адрозніваецца, плошча кандэнсатара для захоўвання энергіі абмежаваная і іншыя фактары, можа быць цяжка збалансаваць попыт і прапанову ў часавым падзеле.

(2) Плаваючы рэжым крыніцы харчавання для бесперапыннай сувязі

Для бесперапыннай сувязі, каб падтрымліваць бесперабойнае электразабеспячэнне кандэнсатара для захоўвання энергіі, ён павінен разраджацца і зараджацца адначасова, а хуткасць зарадкі аналагічная хуткасці разрадкі, гэта значыць ёмістасць крыніцы харчавання падтрымліваецца да сувязь спынена.

Дзеючы стандарт ISO/IEC18000-6 пасіўнай радыёчастотнай ідэнтыфікацыі з кодавым дзяленнем тэгаў і пасіўны тэг UHF RFID маюць агульныя характарыстыкі.Стан атрымання тэга павінен быць дэмадуляваны і дэкадзіраваны, а стан адказу павінен быць мадуляваны і адпраўлены.Такім чынам, ён павінен быць распрацаваны ў адпаведнасці з бесперапыннай камунікацыяй.Сістэма харчавання чыпа тэга.Каб хуткасць зарадкі была падобнай да хуткасці разрадкі, большая частка энергіі, атрыманай тэгам, павінна быць выкарыстана для зарадкі.

Агульныя рэсурсы РФ

1. ВЧ інтэрфейс для пасіўных тэгаў

Пасіўныя тэгі выкарыстоўваюцца не толькі ў якасці крыніцы харчавання тэгаў і паштовак для радыёчастотнай энергіі ад счытвальнікаў, але, што больш важна, перадача сігналу інструкцый ад счытвальніка да тэга і перадача сігналу адказу ад тэга да счытвальніка. рэалізуецца праз бесправадную перадачу даных.Радыёчастотная энергія, атрыманая тэгам, павінна быць падзелена на тры часткі, якія адпаведна выкарыстоўваюцца чыпам для ўстанаўлення харчавання, дэмадуляцыі сігналу (у тым ліку каманднага сігналу і тактавага сігналу сінхранізацыі) і забеспячэння апорнай адказу.

Рэжым працы цяперашняга стандарту UHF RFID мае наступныя характарыстыкі: канал сыходнай лініі прымае рэжым вяшчання, а канал узыходзячай сувязі прымае рэжым сумеснага выкарыстання некалькіх тэгаў з аднаканальнай паслядоўнасцю.Такім чынам, па перадачы інфармацыі ён адносіцца да сімплекснага рэжыму працы.Аднак, паколькі сам тэг не можа забяспечыць носьбіт перадачы, адказ тэга павінен забяспечыць носьбіт з дапамогай счытвальніка.Такім чынам, калі тэг адказвае, што тычыцца стану адпраўкі, абодва канцы сувязі знаходзяцца ў дуплексным працоўным стане.

У розных працоўных станах блокі схемы, якія запускаюцца ў працу тэгам, адрозніваюцца, і магутнасць, неабходная для працы розных блокаў схемы, таксама розная.Уся магутнасць зыходзіць ад радыёчастотнай энергіі, якую прымае тэг.Такім чынам, неабходна разумна і пры неабходнасці кантраляваць размеркаванне радыёчастотнай энергіі.

2. Прымяненне радыёчастотнай энергіі ў розныя гадзіны працы

Калі тэг трапляе ў радыёчастотнае поле счытвальніка і пачынае нарошчваць энергію, незалежна ад таго, які сігнал пасылае счытвальнік у гэты момант, тэг будзе падаваць усю атрыманую радыёчастотную энергію ў схему выпрамніка падваення напружання для зарадкі кандэнсатара для захоўвання энергіі на чыпе , тым самым усталёўваючы харчаванне чыпа.

Калі счытвальнік перадае сігнал каманды, сігнал перадачы счытвальніка - гэта сігнал, закадаваны дадзенымі каманды і амплітудай, мадуляванай паслядоўнасцю пашыранага спектру.Ёсць кампаненты нясучай і кампаненты бакавой паласы, якія прадстаўляюць даныя каманды і паслядоўнасці пашыранага спектру ў сігнале, атрыманым тэгам.Агульная энергія, энергія носьбіта і кампаненты бакавой паласы прыманага сігналу звязаны з мадуляцыяй.У гэты час кампанент мадуляцыі выкарыстоўваецца для перадачы інфармацыі сінхранізацыі каманды і паслядоўнасці пашыранага спектру, а агульная энергія выкарыстоўваецца для зарадкі кандэнсатара захоўвання энергіі на чыпе, які адначасова пачынае падаваць энергію на чып. схема вылучэння сінхранізацыі і блок схемы дэмадуляцыі каманднага сігналу.Такім чынам, у перыяд, калі счытвальнік адпраўляе інструкцыю, радыёчастотная энергія, атрыманая тэгам, выкарыстоўваецца для таго, каб тэг працягваў зараджацца, выдзяляць сігнал сінхранізацыі, дэмадуляваць і ідэнтыфікаваць сігнал інструкцыі.Кандэнсатар для назапашвання энергіі тэга знаходзіцца ў стане крыніцы харчавання з плаваючай зарадкай.

Калі тэг рэагуе на счытвальнік, сігнал, які перадаецца счытвальнікам, з'яўляецца сігналам, які мадулюецца амплітудай пашыранага спектру хуткасці мікрасхемы пашыранага спектру.У сігнале, атрыманым тэгам, ёсць кампаненты апорнай і бакавой паласы, якія прадстаўляюць падчастотны тактавы сігнал чыпа з пашыраным спектрам.У гэты час кампанент мадуляцыі выкарыстоўваецца для перадачы частаты чыпа і тактавай частоты паслядоўнасці пашыранага спектру, а агульная энергія выкарыстоўваецца для зарадкі кандэнсатара захоўвання энергіі на чыпе, мадуляцыі атрыманых даных і адпраўкі адказу на чытач.Схема экстракцыі чыпа сінхранізацыі і блок схемы мадуляцыі сігналу адказу забяспечваюць харчаванне.Такім чынам, у перыяд, калі счытвальнік атрымлівае адказ, тэг атрымлівае радыёчастотную энергію і выкарыстоўваецца для таго, каб тэг працягваў зараджацца, сігнал сінхранізацыі мікрасхемы здабываецца, даныя адказу мадулююцца і адказ адпраўляецца.Кандэнсатар для назапашвання энергіі тэга знаходзіцца ў стане крыніцы харчавання з плаваючай зарадкай.

Карацей кажучы, у дадатак да ўваходу тэга ў радыёчастотнае поле счытвальніка і пачатку ўстанаўлення перыяду падачы сілкавання, тэг будзе пастаўляць усю атрыманую радыёчастотную энергію ў схему выпрамніка з падваенне напружання для зарадкі кандэнсатара захоўвання энергіі на чыпе, тым самым усталёўваючы мікрасхема харчавання.Пасля гэтага тэг здабывае сінхранізацыю з атрыманага радыёчастотнага сігналу, ажыццяўляе дэмадуляцыю каманды або мадулюе і перадае даныя адказу, усе з якіх выкарыстоўваюць атрыманую радыёчастотную энергію.

3. Патрабаванні да радыёчастотнай энергіі для розных прыкладанняў

(1) Патрабаванні да радыёчастотнай энергіі для бесправадной перадачы энергіі

Бесправадная перадача электраэнергіі забяспечвае электразабеспячэнне тэга, таму патрабуецца як дастатковае напружанне для кіравання ланцугом мікрасхемы, так і дастатковая магутнасць і магчымасць пастаяннага электразабеспячэння.

Электразабеспячэнне бесправадной перадачы электраэнергіі заключаецца ў наладжванні электразабеспячэння шляхам атрымання энергіі радыёчастотнага поля счытвальніка і падваення напружання, калі бірка не мае крыніцы харчавання.Такім чынам, яго адчувальнасць прыёму абмежавана падзеннем напружання на пярэдняй дыёднай трубцы выяўлення.Для мікрасхем CMOS адчувальнасць прыёму падваення напружання складае ад -11 да -0,7 дБм, гэта вузкае месца пасіўных тэгаў.

(2) Патрабаванні да радыёчастотнай энергіі для выяўлення атрыманага сігналу

У той час як выпрамленне падваення напружання забяспечвае харчаванне мікрасхемы, тэгу неабходна падзяліць частку атрыманай радыёчастотнай энергіі, каб забяспечыць схему выяўлення сігналу, у тым ліку выяўленне каманднага сігналу і выяўленне сінхроннага тактавага сігналу.Паколькі выяўленне сігналу выконваецца пры ўмове, што цэтлік быў усталяваны, адчувальнасць дэмадуляцыі не абмяжоўваецца падзеннем напружання на пярэдняй дыёднай трубцы выяўлення, таму адчувальнасць прыёму значна вышэйшая, чым магутнасць бесправадной сеткі. адчувальнасць прыёму перадачы, і яна належыць да выяўлення амплітуды сігналу, і няма патрабаванняў да магутнасці.

(3) Патрабаванні да радыёчастотнай энергіі для адказу тэга

Калі тэг адказвае на адпраўку, у дадатак да выяўлення сінхроннага тактавага сігналу, яму таксама неабходна выканаць мадуляцыю псеўда-PSK на атрыманай носьбіце (якая змяшчае агінаючую мадуляцыі тактавага сігналу) і рэалізаваць зваротную перадачу.У гэты час патрабуецца пэўны ўзровень магутнасці, і яго значэнне залежыць ад адлегласці счытвальніка да тэга і адчувальнасці счытвальніка да прыёму.Паколькі працоўнае асяроддзе счытвальніка дазваляе выкарыстоўваць больш складаныя канструкцыі, прымач можа рэалізаваць канструкцыю інтэрфейсу з нізкім узроўнем шуму, а радыёчастотная ідэнтыфікацыя з кодавым падзелам выкарыстоўвае мадуляцыю пашыранага спектру, а таксама ўзмацненне пашыранага спектру і ўзмацненне сістэмы PSK , адчувальнасць счытвальніка можа быць дастаткова высокай.Так што патрабаванні да зваротнага сігналу этыкеткі дастаткова зніжаны.

Падводзячы вынік, радыёчастотная магутнасць, атрыманая тэгам, у асноўным размяркоўваецца як энергія выпрамлення падвойвальніка напружання бесправадной перадачы энергіі, а затым адпаведная колькасць узроўню выяўлення сігналу тэга і адпаведная колькасць энергіі зваротнай мадуляцыі размяркоўваюцца для дасягнення разумнай энергіі размеркавання і забеспячэння бесперапыннай зарадкі назапашвальнага кандэнсатара энергіі.гэта магчымы і разумны дызайн.

Можна заўважыць, што радыёчастотная энергія, атрыманая пасіўнымі тэгамі, мае розныя патрабаванні да прымянення, таму патрабуецца дызайн размеркавання радыёчастотнай магутнасці;патрабаванні да ўжывання радыёчастотнай энергіі ў розныя працоўныя перыяды розныя, таму неабходна мець канструкцыю размеркавання радыёчастотнай энергіі ў адпаведнасці з патрэбамі розных працоўных перыядаў;Розныя прыкладанні маюць розныя патрабаванні да радыёчастотнай энергіі, сярод якіх бесправадная перадача электраэнергіі патрабуе найбольшай магутнасці, таму размеркаванне радыёчастотнай магутнасці павінна арыентавацца на патрэбы бесправадной перадачы энергіі.

Пасіўныя тэгі UHF RFID выкарыстоўваюць бесправадную перадачу энергіі для ўстанаўлення крыніцы харчавання тэга.Такім чынам, эфектыўнасць электразабеспячэння надзвычай нізкая, а здольнасць электразабеспячэння вельмі слабая.Мікрасхема тэга павінна быць распрацавана з нізкім энергаспажываннем.Схема мікрасхемы сілкуецца ад зарадкі і разрадкі кандэнсатара для захоўвання энергіі ў чыпе.Такім чынам, каб забяспечыць бесперапынную працу этыкеткі, кандэнсатар для захоўвання энергіі павінен пастаянна зараджацца.Радыёчастотная энергія, атрыманая тэгам, мае тры розныя прымянення: выпрамленне з падваеннем напружання для сілкавання, прыём і дэмадуляцыя каманднага сігналу, а таксама мадуляцыя і перадача сігналу адказу.Сярод іх адчувальнасць прыёму выпрамлення з падваеннем напружання абмежавана падзеннем напружання на выпрамляльным дыёдзе, які становіцца эфірным інтэрфейсам.вузкае месца.Па гэтай прычыне прыём і дэмадуляцыя сігналу, а таксама мадуляцыя і перадача сігналу адказу з'яўляюцца асноўнымі функцыямі, якія павінна забяспечваць сістэма RFID.Чым мацней магутнасць крыніцы харчавання цэтліка падвойвальніка напружання, тым больш канкурэнтаздольны прадукт.Такім чынам, крытэрыем рацыянальнага размеркавання атрыманай ВЧ-энергіі ў канструкцыі сістэмы тэгаў з'яўляецца максімальнае павелічэнне паступлення ВЧ-энергіі за кошт выпрамлення падвойвальнікам напружання пры ўмове забеспячэння дэмадуляцыі прыманага сігналу і перадачы адказу. сігнал.