Новини

Като най-основната част от пасивната технология за интернет на нещата, UHF RFID пасивните етикети са широко използвани в голям брой приложения като търговия на дребно в супермаркети, логистика и складиране, архиви на книги, възможност за проследяване срещу фалшифициране и т.н. Само през 2021 г. глобално сумата на доставката е повече от 20 милиарда.В практическите приложения на какво точно разчита чипът на UHF RFID пасивния етикет, за да захранва?

Характеристиките на захранването на UHF RFID пасивен етикет

1. Захранва се от безжично захранване

Безжичното предаване на енергия използва безжично електромагнитно излъчване за пренос на електрическа енергия от едно място на друго.Работният процес е преобразуване на електрическа енергия в радиочестотна енергия чрез радиочестотни колебания, а радиочестотната енергия се преобразува в радиоелектромагнитно поле през предавателната антена.Енергията на радиоелектромагнитното поле се разпространява в пространството и достига приемната антена, след което се преобразува обратно в радиочестотна енергия от приемащата антена и вълната на детекция се превръща в постоянен ток.

През 1896 г. италианецът Гулиелмо Маркезе Маркони изобретява радиото, което осъществява предаването на радиосигнали в космоса.През 1899 г. американецът Никола Тесла предлага идеята за използване на безжично предаване на енергия и създава антена с височина 60 метра, индуктивност, заредена отдолу, капацитет, зареден отгоре в Колорадо, използвайки честота от 150kHz за въвеждане на 300kW мощност.Той предава на разстояние до 42 км и получава 10kW безжична приемна мощност в приемащия край.

UHF RFID захранването за пасивен етикет следва тази идея и четецът захранва етикета чрез радиочестота.Има обаче огромна разлика между UHF RFID пасивно захранване с етикет и теста на Tesla: честотата е почти десет хиляди пъти по-висока, а размерът на антената е намален хиляда пъти.Тъй като загубата на безжично предаване е пропорционална на квадрата на честотата и пропорционална на квадрата на разстоянието, ясно е, че увеличението на загубата на предаване е огромно.Най-простият режим на безжично разпространение е разпространението в свободно пространство.Загубата при разпространение е обратно пропорционална на квадрата на дължината на вълната на разпространение и пропорционална на квадрата на разстоянието.Загубата на разпространение в свободното пространство е LS=20lg(4πd/λ).Ако единицата за разстояние d е m и единицата за честота f е MHz, тогава LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID системата се основава на безжичен механизъм за предаване на енергия.Пасивният етикет няма собствено захранване.Той трябва да получи радиочестотната енергия, излъчвана от четеца, и да установи постояннотоково захранване чрез удвояване на напрежението, което означава да установи постояннотоково захранване чрез помпа за зареждане на Dickson.

Приложимото комуникационно разстояние на UHF RFID въздушния интерфейс се определя главно от предавателната мощност на четеца и основната загуба на разпространение в пространството.Мощността на предаване на RFID четеца на UHF обхвата обикновено е ограничена до 33dBm.От основната формула за загуба на разпространение, като се игнорират всякакви други възможни загуби, може да се изчисли радиочестотната мощност, достигаща до маркера чрез безжично предаване на енергия.Връзката между комуникационното разстояние на UHF RFID въздушния интерфейс и основната загуба на разпространение и RF мощността, достигаща етикета, са показани в таблицата:

От таблицата може да се види, че UHF RFID безжичното предаване на енергия има характеристиките на големи загуби при предаване.Тъй като RFID отговаря на националните правила за комуникация на къси разстояния, предавателната мощност на четеца е ограничена, така че етикетът може да доставя ниска мощност.С увеличаването на комуникационното разстояние, радиочестотната енергия, получена от пасивния етикет, намалява в зависимост от честотата и капацитетът на захранване намалява бързо.

2. Приложете захранване чрез зареждане и разреждане на кондензатори за съхранение на енергия в чип

(1) Характеристики на зареждане и разреждане на кондензатора

Пасивните етикети използват безжично предаване на енергия, за да получат енергия, да я преобразуват в постоянно напрежение, да заредят и съхранят кондензаторите в чипа и след това да доставят енергия на товара чрез разреждане.Следователно процесът на захранване на пасивни тагове е процесът на зареждане и разреждане на кондензатора.Процесът на установяване е чист процес на зареждане, а процесът на захранване е процес на разреждане и допълнителен процес на зареждане.Допълнителното зареждане трябва да започне преди разрядното напрежение да достигне минималното захранващо напрежение на чипа.

(2) Параметри на зареждане и разреждане на кондензатора

1) Параметри на зареждане

Продължителност на времето за зареждане: τC=RC×C

Зарядно напрежение:

ток на презареждане:

където RC е зареждащият резистор, а C е кондензаторът за съхранение на енергия.

2) Параметри на изпускане

Продължителност на времето за разреждане: τD=RD×C

Разрядно напрежение:

Ток на разреждане:

Във формулата RD е съпротивлението на разреждане, а C е кондензаторът за съхранение на енергия.

Горното показва характеристиките на захранването на пасивните тагове.Това не е нито източник на постоянно напрежение, нито източник на постоянен ток, а зареждането и разреждането на кондензатора за съхранение на енергия.Когато кондензаторът за съхранение на енергия в чипа е зареден над работното напрежение V0 на веригата на чипа, той може да захранва етикета.Когато кондензаторът за съхранение на енергия започне да захранва, неговото захранващо напрежение започва да пада.Когато падне под работното напрежение на чипа V0, кондензаторът за съхранение на енергия губи своята способност за захранване и чипът не може да продължи да работи.Следователно маркерът за въздушен интерфейс трябва да има достатъчен капацитет за презареждане на етикета.

Може да се види, че режимът на захранване на пасивните тагове е подходящ за характеристиките на пакетна комуникация, а захранването на пасивните тагове също се нуждае от поддръжка на непрекъснато зареждане.

3 Баланс на търсене и предлагане

Захранването с плаващо зареждане е друг метод на захранване и капацитетът на захранването за плаващо зареждане е адаптиран към капацитета на разреждане.Но всички те имат общ проблем, а именно захранването на UHF RFID пасивните етикети трябва да балансира търсенето и предлагането.

(1) Режим на захранване с баланс между търсене и предлагане за пакетна комуникация

Настоящият стандарт ISO/IEC18000-6 за UHF RFID пасивни етикети принадлежи към системата за пакетна комуникация.За пасивни етикети не се предава сигнал по време на периода на получаване.Въпреки че периодът на отговор получава носещата вълна, той е еквивалентен на придобиване на източника на трептене, така че може да се счита за симплексна работа.начин.За това приложение, ако периодът на получаване се използва като период на зареждане на кондензатора за съхранение на енергия, а периодът на реакция е периодът на разреждане на кондензатора за съхранение на енергия, равното количество заряд и разряд за поддържане на баланса между предлагане и търсене става необходимо условие за поддържане на нормалната работа на системата.От механизма за захранване на гореспоменатия UHF RFID пасивен етикет може да се разбере, че захранването на UHF RFID пасивния етикет не е нито източник на постоянен ток, нито източник на постоянно напрежение.Когато кондензаторът за съхранение на енергия се зареди до напрежение, по-високо от нормалното работно напрежение на веригата, захранването започва;когато кондензаторът за съхранение на енергия се разреди до напрежение, по-ниско от нормалното работно напрежение на веригата, захранването се спира.

За пакетна комуникация, като UHF RFID въздушен интерфейс с пасивен етикет, таксата може да бъде заредена, преди маркерът да изпрати пакетен отговор, достатъчно, за да се гарантира, че може да се поддържа достатъчно напрежение, докато отговорът приключи.Следователно, в допълнение към достатъчно силното радиочестотно излъчване, което етикетът може да получи, чипът също трябва да има достатъчно голям капацитет на чипа и достатъчно дълго време за зареждане.Консумацията на енергия и времето за реакция на етикета също трябва да бъдат адаптирани.Поради разстоянието между етикета и четеца, времето за реакция е различно, площта на кондензатора за съхранение на енергия е ограничена и други фактори, може да е трудно да се балансира търсенето и предлагането при разделяне на времето.

(2) Режим на плаващо захранване за непрекъсната комуникация

За непрекъсната комуникация, за да се поддържа непрекъснатото захранване на кондензатора за съхранение на енергия, той трябва да бъде разреден и зареден едновременно, а скоростта на зареждане е подобна на скоростта на разреждане, тоест капацитетът на захранването се поддържа преди комуникацията е прекратена.

Радиочестотната идентификация с кодово разделяне на пасивен етикет и UHF RFID пасивен етикет на текущия стандарт ISO/IEC18000-6 имат общи характеристики.Състоянието на получаване на етикета трябва да бъде демодулирано и декодирано, а състоянието на отговор трябва да бъде модулирано и изпратено.Следователно, той трябва да бъде проектиран в съответствие с непрекъсната комуникация.Система за захранване с таг чип.За да бъде скоростта на зареждане подобна на скоростта на разреждане, по-голямата част от енергията, получена от маркера, трябва да се използва за зареждане.

Споделени RF ресурси

1. RF преден край за пасивни тагове

Пасивните етикети не се използват само като източник на захранване на етикетите и пощенските картички към радиочестотната енергия от четците, но по-важното е, че предаването на инструкции за сигнал от четеца към етикета и предаването на сигнала за отговор от етикета към четеца са реализирани чрез безжично предаване на данни.Радиочестотната енергия, получена от етикета, трябва да бъде разделена на три части, които съответно се използват за чипа за установяване на захранването, демодулиране на сигнала (включително командния сигнал и часовника за синхронизиране) и осигуряване на носителя на отговор.

Режимът на работа на текущия стандартен UHF RFID има следните характеристики: каналът за връзка надолу приема режима на излъчване, а каналът за връзка нагоре приема режима на споделяне на много етикети с едноканален последователен отговор.Следователно по отношение на предаването на информация той принадлежи към симплексния режим на работа.Тъй като обаче етикетът сам по себе си не може да предостави носителя на предаване, отговорът на етикета трябва да предостави носителя с помощта на четеца.Следователно, когато етикетът отговори, що се отнася до състоянието на изпращане, двата края на комуникацията са в дуплексно работно състояние.

В различни работни състояния схемните единици, пуснати в действие от етикета, са различни и необходимата мощност за работа на различните схемни единици също е различна.Цялата мощност идва от радиочестотната енергия, получена от етикета.Следователно е необходимо разпределението на радиочестотната енергия да се контролира разумно и когато е подходящо.

2. Приложение на RF енергия в различни работни часове

Когато маркерът навлезе в RF полето на четеца и започне да генерира мощност, без значение какъв сигнал изпраща четецът в този момент, маркерът ще достави цялата получена RF енергия към токоизправителната верига за удвояване на напрежението, за да зареди кондензатора за съхранение на енергия в чипа , като по този начин се установява захранването на чипа.

Когато четецът предава командния сигнал, предавателният сигнал на четеца е сигнал, кодиран от командните данни и амплитудно модулиран от последователността от разширен спектър.Има носещи компоненти и компоненти на страничната лента, представляващи командни данни и последователности от разширен спектър в сигнала, получен от етикета.Общата енергия, носещата енергия и компонентите на страничната лента на получения сигнал са свързани с модулацията.По това време модулационният компонент се използва за предаване на информацията за синхронизиране на командата и последователността от разширен спектър, а общата енергия се използва за зареждане на кондензатора за съхранение на енергия в чипа, който едновременно започва да захранва захранването към вградения в чипа верига за извличане на синхронизация и блок на веригата за демодулация на командния сигнал.Следователно, по време на периода, когато четецът изпраща инструкция, радиочестотната енергия, получена от етикета, се използва, за да може маркерът да продължи да зарежда, да извлича сигнала за синхронизиране, да демодулира и идентифицира сигнала за инструкция.Етикетният кондензатор за съхранение на енергия е в състояние на захранване с плаващ заряд.

Когато тагът отговаря на четеца, предаваният сигнал на четеца е сигнал, който е модулиран от амплитудата на честотата на суб-скоростта на чипа с разширен спектър.В сигнала, получен от етикета, има носещи компоненти и компоненти на страничната лента, представляващи подскоростния часовник на скоростта на чипа с разширен спектър.По това време модулационният компонент се използва за предаване на информацията за скоростта на чипа и тактовата честота на последователността от разширен спектър, а общата енергия се използва за зареждане на кондензатора за съхранение на енергия в чипа и модулиране на получените данни и изпращане на отговор на читател.Веригата за извличане на синхронизация на чипа и блокът на веригата за модулация на сигнала за отговор доставят захранване.Следователно, по време на периода, когато четецът получава отговора, етикетът получава радиочестотната енергия и се използва за етикета, за да продължи зареждането, сигналът за синхронизиране на чипа се извлича и данните за отговора се модулират и отговорът се изпраща.Етикетният кондензатор за съхранение на енергия е в състояние на захранване с плаващ заряд.

Накратко, в допълнение към етикета, който влиза в радиочестотното поле на четеца и започва да установява период на захранване, маркерът ще достави цялата получена радиочестотна енергия към токоизправителна верига за удвояване на напрежението, за да зареди кондензатора за съхранение на енергия в чипа, като по този начин установява чип захранване.Впоследствие тагът извлича синхронизация от получения радиочестотен сигнал, прилага командна демодулация или модулира и предава данни за отговор, всички от които използват получената радиочестотна енергия.

3. Изисквания за радиочестотна енергия за различни приложения

(1) Изисквания за радиочестотна енергия за безжично предаване на енергия

Безжичното прехвърляне на захранване установява захранването за етикета, така че изисква както достатъчно напрежение за задвижване на веригата на чипа, така и достатъчно мощност и възможност за непрекъснато захранване.

Захранването на безжичното предаване на енергия е да установи захранването чрез получаване на енергията на радиочестотното поле на четеца и удвояване на напрежението, когато маркерът няма захранване.Следователно неговата чувствителност на приемане е ограничена от спада на напрежението на предната диодна тръба за откриване.За CMOS чипове чувствителността на приемане на корекцията с удвояване на напрежението е между -11 и -0,7dBm, това е тясното място на пасивните тагове.

(2) Изисквания за радиочестотна енергия за откриване на получен сигнал

Докато корекцията с удвояване на напрежението установява захранването на чипа, тагът трябва да раздели част от получената радиочестотна енергия, за да осигури верига за откриване на сигнал, включително откриване на команден сигнал и откриване на синхронен часовник.Тъй като откриването на сигнала се извършва при условие, че захранването на маркера е установено, чувствителността на демодулация не е ограничена от спада на напрежението на предната диодна тръба за откриване, така че чувствителността на приемане е много по-висока от безжичната мощност чувствителност при получаване на предаване и принадлежи към откриването на амплитудата на сигнала и няма изискване за мощност.

(3) Изисквания за радиочестотна енергия за реакция на маркера

Когато етикетът отговори на изпращане, в допълнение към откриването на синхронния часовник, той също трябва да извърши псевдо-PSK модулация на получения носител (съдържащ модулационната обвивка на часовника) и да реализира обратно предаване.В този момент е необходимо определено ниво на мощност и стойността му зависи от разстоянието на четеца до етикета и чувствителността на четеца за приемане.Тъй като работната среда на четеца позволява използването на по-сложни дизайни, приемникът може да приложи дизайн на предния край с ниско ниво на шум, а радиочестотната идентификация с кодово разделяне използва модулация с разширен спектър, както и усилване на разширен спектър и усилване на PSK система , чувствителността на четеца може да е проектирана да бъде достатъчно висока.Така че изискванията за обратния сигнал на етикета са достатъчно намалени.

За да обобщим, радиочестотната мощност, получена от етикета, се разпределя главно като безжична енергия за пренос на напрежение за удвояване на коригиращата енергия, а след това подходящото количество ниво на откриване на сигнала на маркера и подходящото количество енергия на връщащата модулация се разпределят, за да се постигне разумна енергия разпределение и осигуряване на непрекъснато зареждане на кондензатора за съхранение на енергия.е възможен и разумен дизайн.

Може да се види, че радиочестотната енергия, получена от пасивните тагове, има различни изисквания за приложение, така че е необходим дизайн на радиочестотното разпределение на мощността;изискванията за прилагане на радиочестотна енергия в различните работни периоди са различни, така че е необходимо да има разпределение на радиочестотната мощност според нуждите на различните работни периоди;Различните приложения имат различни изисквания за RF енергия, сред които безжичното предаване на енергия изисква най-много мощност, така че разпределението на RF мощност трябва да се фокусира върху нуждите на безжичното предаване на енергия.

UHF RFID пасивните етикети използват безжично предаване на енергия, за да установят захранване на маркер.Следователно ефективността на захранването е изключително ниска и възможността за захранване е много слаба.Таг чипът трябва да е проектиран с ниска консумация на енергия.Веригата на чипа се захранва чрез зареждане и разреждане на кондензатора за съхранение на енергия в чипа.Следователно, за да се осигури непрекъсната работа на етикета, кондензаторът за съхранение на енергия трябва да се зарежда непрекъснато.Радиочестотната енергия, получена от маркера, има три различни приложения: корекция с удвояване на напрежението за захранване, приемане и демодулация на команден сигнал и модулиране и предаване на отговорен сигнал.Сред тях чувствителността на приемане на корекцията с удвояване на напрежението е ограничена от спада на напрежението на токоизправителния диод, който се превръща във въздушен интерфейс.тясно място.Поради тази причина приемането и демодулацията на сигнала и модулацията и предаването на отговорния сигнал са основните функции, които RFID системата трябва да осигури.Колкото по-силна е способност за захранване на токоизправителя с удвояване на напрежението, толкова по-конкурентоспособен е продуктът.Следователно, критерият за рационално разпределение на получената радиочестотна енергия при проектирането на системата за етикети е да се увеличи захранването с радиочестотна енергия чрез удвояване на напрежението, доколкото е възможно, при предпоставката за осигуряване на демодулация на получения сигнал и предаване на отговора сигнал.