Vijesti

Kao najosnovniji dio pasivne tehnologije Interneta stvari, UHF RFID pasivne oznake su naširoko korištene u velikom broju aplikacija kao što su maloprodaja u supermarketima, logistika i skladištenje, arhive knjiga, sljedivost protiv krivotvorina, itd. iznos isporuke je više od 20 milijardi.U praktičnim primenama, na šta se tačno oslanja čip UHF RFID pasivne oznake za napajanje?

Karakteristike napajanja UHF RFID pasivne oznake

1. Napaja se bežičnim napajanjem

Bežični prijenos energije koristi bežično elektromagnetno zračenje za prijenos električne energije s jednog mjesta na drugo.Radni proces je pretvaranje električne energije u radiofrekvencijsku energiju putem radio frekvencijske oscilacije, a energija radio frekvencije se pretvara u energiju radio elektromagnetnog polja preko predajne antene.Energija radio elektromagnetnog polja prostire se kroz prostor i stiže do prijemne antene, zatim se ponovo pretvara u radiofrekvencijsku energiju od strane prijemne antene, a val detekcije postaje istosmjerna energija.

Godine 1896. Italijan Guglielmo Marchese Marconi izumio je radio, koji je realizovao prijenos radio signala kroz svemir.Godine 1899., Amerikanac Nikola Tesla je predložio ideju korištenja bežičnog prijenosa energije i uspostavio antenu koja je visoka 60m, induktivnost napunjena na dnu, kapacitivnost napunjena na vrhu u Koloradu, koristeći frekvenciju od 150kHz za unos 300kW snage.On emituje na udaljenosti do 42km i dobija 10kW bežične snage prijema na prijemnoj strani.

UHF RFID pasivno napajanje oznake slijedi ovu ideju, a čitač napaja oznaku putem radio frekvencije.Međutim, postoji ogromna razlika između napajanja UHF RFID pasivne oznake i Tesla testa: frekvencija je skoro deset hiljada puta veća, a veličina antene je smanjena za hiljadu puta.Budući da je gubitak bežičnog prijenosa proporcionalan kvadratu frekvencije i proporcionalan kvadratu udaljenosti, jasno je da je povećanje gubitka prijenosa ogromno.Najjednostavniji način bežičnog širenja je širenje u slobodnom prostoru.Gubitak širenja je obrnuto proporcionalan kvadratu valne dužine propagacije i proporcionalan kvadratu udaljenosti.Gubitak širenja u slobodnom prostoru je LS=20lg(4πd/λ).Ako je jedinica udaljenosti d m, a jedinica frekvencije f MHz, tada je LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID sistem je zasnovan na mehanizmu bežičnog prenosa energije.Pasivna oznaka nema vlastito napajanje.Potrebno je da primi energiju radio frekvencije koju emituje čitač i uspostavi jednosmerno napajanje putem ispravljanja napona udvostručavanja, što znači da uspostavi jednosmerno napajanje preko Dickson pumpe za punjenje.

Primjenjiva komunikacijska udaljenost UHF RFID zračnog interfejsa uglavnom je određena snagom prijenosa čitača i osnovnim gubitkom širenja u prostoru.Snaga prijenosa RFID čitača UHF opsega obično je ograničena na 33 dBm.Iz osnovne formule za gubitak propagacije, zanemarujući sve druge moguće gubitke, može se izračunati RF snaga koja dolazi do oznake putem bežičnog prijenosa energije.Odnos između komunikacijske udaljenosti UHF RFID zračnog sučelja i osnovnog gubitka propagacije i RF snage koja dopire do oznake prikazani su u tabeli:

Iz tabele se može videti da UHF RFID bežični prenos snage ima karakteristike velikih gubitaka u prenosu.Budući da je RFID u skladu s nacionalnim pravilima komunikacije na kratkim udaljenostima, snaga prijenosa čitača je ograničena, tako da oznaka može isporučiti nisku snagu.Kako se komunikacijska udaljenost povećava, energija radio frekvencije koju prima pasivna oznaka smanjuje se u skladu s frekvencijom, a kapacitet napajanja brzo se smanjuje.

2. Implementirajte napajanje punjenjem i pražnjenjem kondenzatora za pohranu energije na čipu

(1) Karakteristike punjenja i pražnjenja kondenzatora

Pasivne oznake koriste bežični prijenos energije za dobivanje energije, pretvaraju je u istosmjerni napon, pune i pohranjuju kondenzatore na čipu, a zatim napajaju opterećenje kroz pražnjenje.Stoga je proces napajanja pasivnih oznaka proces punjenja i pražnjenja kondenzatora.Proces uspostavljanja je čisti proces punjenja, a proces napajanja je proces pražnjenja i dopunskog punjenja.Dodatno punjenje mora započeti prije nego napon pražnjenja dostigne minimalni napon napajanja čipa.

(2) Parametri punjenja i pražnjenja kondenzatora

1) Parametri punjenja

Dužina vremena punjenja: τC=RC×C

Napon punjenja:

struja punjenja:

gdje je RC otpornik za punjenje, a C kondenzator za pohranu energije.

2) Parametri pražnjenja

Dužina vremena pražnjenja: τD=RD×C

Napon pražnjenja:

Struja pražnjenja:

U formuli, RD je otpor pražnjenja, a C je kondenzator za pohranu energije.

Gore su prikazane karakteristike napajanja pasivnih oznaka.To nije ni izvor konstantnog napona ni izvor konstantne struje, već punjenje i pražnjenje kondenzatora za pohranu energije.Kada je kondenzator za skladištenje energije na čipu napunjen iznad radnog napona V0 kola čipa, on može napajati oznaku.Kada kondenzator za pohranu energije počne opskrbljivati ​​strujom, njegov napon napajanja počinje opadati.Kada padne ispod radnog napona čipa V0, kondenzator za skladištenje energije gubi sposobnost napajanja i čip ne može nastaviti s radom.Prema tome, oznaka zračnog interfejsa treba da ima dovoljan kapacitet za punjenje oznake.

Vidi se da je način napajanja pasivnih tagova prikladan za karakteristike burst komunikacije, a za napajanje pasivnih tagova je potrebna i podrška kontinuiranog punjenja.

3 Balans ponude i potražnje

Plutajuće napajanje za punjenje je još jedan način napajanja, a kapacitet plivajućeg napajanja za punjenje prilagođen je kapacitetu pražnjenja.Ali svi oni imaju zajednički problem, to jest, napajanje UHF RFID pasivnih oznaka treba da uravnoteži ponudu i potražnju.

(1) Način napajanja uravnoteženja ponude i potražnje za brzu komunikaciju

Trenutni standard ISO/IEC18000-6 za UHF RFID pasivne oznake pripada rafalnom komunikacijskom sistemu.Za pasivne oznake, signal se ne emituje tokom perioda prijema.Iako period odziva prima val nosioca, on je ekvivalentan preuzimanju izvora oscilacije, tako da se može smatrati simpleksnim radom.Way.Za ovu aplikaciju, ako se period prijema koristi kao period punjenja kondenzatora za pohranu energije, a period odgovora je period pražnjenja kondenzatora za pohranu energije, jednaka količina punjenja i pražnjenja za održavanje ravnoteže ponude i potražnje postaje neophodan uslov za održavanje normalnog rada sistema.Iz mehanizma napajanja gore pomenute UHF RFID pasivne oznake može se znati da napajanje UHF RFID pasivne oznake nije niti izvor konstantne struje niti izvor konstantnog napona.Kada se kondenzator za skladištenje energije napuni na napon veći od normalnog radnog napona kola, počinje napajanje;kada se kondenzator za skladištenje energije isprazni na napon niži od normalnog radnog napona kola, napajanje se zaustavlja.

Za burst komunikaciju, kao što je pasivni tag UHF RFID zračni interfejs, punjenje se može napuniti prije nego što oznaka pošalje burst odgovora, dovoljno da se osigura da se može održati dovoljan napon dok se odgovor ne završi.Stoga, pored dovoljno jakog radiofrekventnog zračenja koje oznaka može primiti, od čipa se također zahtijeva da ima dovoljno veliki kapacitet na čipu i dovoljno dugo vrijeme punjenja.Potrošnja energije odgovora oznake i vrijeme odziva također se moraju prilagoditi.Zbog udaljenosti između oznake i čitača, vrijeme odziva je različito, područje kondenzatora za pohranu energije je ograničeno i drugih faktora, može biti teško uravnotežiti ponudu i potražnju u vremenskoj podjeli.

(2) Plutajući način napajanja za kontinuiranu komunikaciju

Za kontinuiranu komunikaciju, kako bi se održalo neprekidno napajanje kondenzatora za skladištenje energije, on se mora istovremeno prazniti i puniti, a brzina punjenja je slična brzini pražnjenja, odnosno kapacitet napajanja se održava prije komunikacija je prekinuta.

Radiofrekventna identifikacija pasivne oznake koda i UHF RFID pasivna oznaka trenutnog standarda ISO/IEC18000-6 imaju zajedničke karakteristike.Stanje prijema oznake treba demodulirati i dekodirati, a stanje odgovora treba modulirati i poslati.Stoga ga treba dizajnirati prema kontinuiranoj komunikaciji.Tag čip sistem napajanja.Da bi brzina punjenja bila slična brzini pražnjenja, većina energije koju primi oznaka mora se iskoristiti za punjenje.

Zajednički RF resursi

1. RF front-end za pasivne oznake

Pasivne oznake se ne koriste samo kao izvor napajanja oznaka i razglednica za radiofrekvencijsku energiju čitača, nego što je još važnije, prijenos signala instrukcija od čitača do oznake i prijenos signala odgovora od oznake do čitača su realizuje se bežičnim prenosom podataka.Energiju radio frekvencije koju prima oznaka treba podijeliti na tri dijela, koji se koriste za čip za uspostavljanje napajanja, demodulaciju signala (uključujući komandni signal i sat sinhronizacije) i obezbjeđuju nosilac odgovora.

Radni režim trenutnog standarda UHF RFID ima sledeće karakteristike: downlink kanal usvaja režim emitovanja, a uplink kanal usvaja režim dijeljenja više oznaka jednokanalne sekvence odgovora.Stoga, u smislu prijenosa informacija, spada u simpleks način rada.Međutim, pošto sama oznaka ne može da obezbedi nosioca prenosa, odgovor oznake treba da obezbedi nosioca uz pomoć čitača.Stoga, kada oznaka odgovori, što se tiče stanja slanja, oba kraja komunikacije su u dupleks radnom stanju.

U različitim radnim stanjima, jedinice kola koje se aktiviraju pomoću oznake su različite, a snaga potrebna za rad različitih jedinica kola je također različita.Sva energija dolazi od energije radio frekvencije koju prima oznaka.Stoga je neophodno razumno i kada je to prikladno kontrolirati distribuciju RF energije.

2. Primena RF energije u različitim radnim satima

Kada oznaka uđe u RF polje čitača i počne stvarati snagu, bez obzira na signal koji čitač šalje u ovom trenutku, oznaka će svu primljenu RF energiju isporučiti krugu ispravljača za udvostručenje napona kako bi napunio kondenzator za pohranu energije na čipu. , čime se uspostavlja napajanje čipa.

Kada čitač odašilje komandni signal, signal za prijenos čitača je signal kodiran komandnim podacima i amplitudom moduliran nizom proširenog spektra.Postoje komponente nosioca i komponente bočnog pojasa koje predstavljaju komandne podatke i sekvence proširenog spektra u signalu koji prima tag.Ukupna energija, energija nosioca i komponente bočnog pojasa primljenog signala odnose se na modulaciju.U ovom trenutku, modulaciona komponenta se koristi za prijenos informacija o sinhronizaciji komande i sekvence proširenog spektra, a ukupna energija se koristi za punjenje kondenzatora za pohranu energije na čipu, koji istovremeno počinje opskrbljivati ​​napajanje na čipu. kolo za ekstrakciju sinhronizacije i jedinica kola za demodulaciju komandnog signala.Stoga, tokom perioda kada čitač šalje instrukciju, energija radio frekvencije koju prima tag koristi se da se oznaka nastavi puniti, izdvojiti signal sinhronizacije, demodulirati i identificirati signal instrukcije.Kondenzator za pohranu energije oznake je u stanju napajanja s plutajućim punjenjem.

Kada oznaka odgovori na čitač, odaslani signal čitača je signal koji je moduliran amplitudom takta pod-brzine brzine čipa proširenog spektra.U signalu koji prima tag, postoje komponente nosioca i komponente bočnog pojasa koje predstavljaju takt pod-brzine brzine čipa proširenog spektra.U ovom trenutku, komponenta modulacije se koristi za prijenos informacija o brzini čipa i taktu brzine sekvence proširenog spektra, a ukupna energija se koristi za punjenje kondenzatora za pohranu energije na čipu i modulaciju primljenih podataka i slanje odgovora na čitalac.Krug za ekstrakciju sinhronizacije čipa i sklop modulacije signala odgovora napajaju jedinicu napajanja.Stoga, tokom perioda kada čitač primi odgovor, tag prima radiofrekvencijsku energiju i koristi se za nastavak punjenja, signal sinhronizacije čipa se izdvaja i podaci o odgovoru se moduliraju i odgovor se šalje.Kondenzator za pohranu energije oznake je u stanju napajanja s plutajućim punjenjem.

Ukratko, pored toga što tag ulazi u RF polje čitača i počinje da uspostavlja period napajanja, oznaka će svu primljenu RF energiju isporučiti ispravljačkom kolu za udvostručenje napona da napuni kondenzator za skladištenje energije na čipu, čime se uspostavlja napajanje čipom.Nakon toga, oznaka izdvaja sinhronizaciju iz primljenog radio frekvencijskog signala, implementira demodulaciju komande ili modulira i prenosi podatke o odgovoru, od kojih svi koriste primljenu energiju radio frekvencije.

3. Zahtevi za RF energiju za različite primene

(1) Zahtevi za RF energiju za bežični prenos energije

Bežični prijenos energije uspostavlja napajanje za oznaku, tako da zahtijeva i dovoljan napon za pokretanje kola čipa i dovoljnu snagu i sposobnost kontinuiranog napajanja.

Napajanje bežičnog prijenosa energije je uspostavljanje napajanja putem primanja energije RF polja čitača i ispravljanja napona udvostručavanja kada oznaka nema napajanje.Stoga je njegova osjetljivost prijema ograničena padom napona prednje diodne cijevi za detekciju.Za CMOS čipove, osjetljivost prijema ispravljanja udvostručavanja napona je Između -11 i -0,7dBm, to je usko grlo pasivnih oznaka.

(2) Zahtevi za RF energiju za detekciju primljenog signala

Dok ispravljanje udvostručavanja napona uspostavlja napajanje čipa, oznaka treba podijeliti dio primljene radio frekvencijske energije kako bi osigurala kolo za detekciju signala, uključujući detekciju komandnog signala i detekciju sinhronog sata.Budući da se detekcija signala vrši pod uslovom da je uspostavljeno napajanje oznake, osjetljivost demodulacije nije ograničena padom napona prednje diodne cijevi za detekciju, tako da je osjetljivost prijema mnogo veća od bežične snage. prijenos osjetljivosti prijema, a pripada detekciji amplitude signala i nema zahtjeva za snagom snage.

(3) Zahtjevi za RF energijom za odgovor oznake

Kada oznaka odgovori na slanje, pored detekcije sinhronog sata, ona takođe treba da izvrši pseudo-PSK modulaciju na primljenom nosaču (koji sadrži omotnicu modulacije sata) i realizuje obrnuti prenos.U ovom trenutku je potreban određeni nivo snage, a njegova vrijednost zavisi od udaljenosti čitača do oznake i osjetljivosti čitača na prijem.Budući da radno okruženje čitača omogućava upotrebu složenijih dizajna, prijemnik može implementirati front-end dizajn sa niskim nivoom šuma, a kodna podjela radio frekvencijske identifikacije koristi modulaciju proširenog spektra, kao i pojačanje proširenog spektra i pojačanje PSK sistema , osjetljivost čitača može biti dizajnirana da bude dovoljno visoka.Tako da su zahtjevi za povratnim signalom etikete dovoljno smanjeni.

Da sumiramo, snaga radio frekvencije koju prima tag se uglavnom dodjeljuje kao energija ispravljanja udvostručavanja napona bežičnog prijenosa energije, a zatim se dodjeljuje odgovarajuća količina nivoa detekcije signala oznake i odgovarajuća količina povratne modulacijske energije kako bi se postigla razumna energija distribuciju i osigurati kontinuirano punjenje kondenzatora za pohranu energije.je moguć i razuman dizajn.

Može se vidjeti da radiofrekventna energija koju primaju pasivni tagovi ima različite zahtjeve za primjenu, tako da je potreban dizajn radiofrekventne distribucije;Zahtjevi za primjenu radiofrekventne energije u različitim radnim periodima su različiti, pa je potrebno imati projektovanje radiofrekventne distribucije energije prema potrebama različitih radnih perioda;Različite aplikacije imaju različite zahtjeve za RF energijom, među kojima bežični prijenos energije zahtijeva najviše energije, tako da bi se alokacija RF energije trebala fokusirati na potrebe bežičnog prijenosa energije.

UHF RFID pasivne oznake koriste bežični prijenos energije za uspostavljanje napajanja oznake.Stoga je efikasnost napajanja izuzetno niska, a sposobnost napajanja vrlo slaba.Čip za oznake mora biti dizajniran sa niskom potrošnjom energije.Krug čipa se napaja punjenjem i pražnjenjem kondenzatora za pohranu energije na čipu.Stoga, kako bi se osigurao kontinuirani rad naljepnice, kondenzator za pohranu energije mora se neprekidno puniti.Energija radio frekvencije koju prima oznaka ima tri različite primjene: ispravljanje udvostručavanja napona za napajanje, prijem i demodulaciju komandnog signala i modulaciju i prijenos signala odgovora.Među njima, prijemna osjetljivost ispravljanja udvostručavanja napona ograničena je padom napona ispravljačke diode, koja postaje zračni interfejs.usko grlo.Iz tog razloga, prijem i demodulacija signala i modulacija i prijenos signala odgovora su osnovne funkcije koje RFID sistem mora osigurati.Što je jača sposobnost napajanja ispravljača za udvostručavanje napona, to je proizvod konkurentniji.Stoga je kriterijum za racionalnu distribuciju primljene RF energije u dizajnu sistema tagova da se što je moguće više poveća snabdevanje RF energijom ispravljanjem udvostručavanjem napona uz pretpostavku da se obezbedi demodulacija primljenog signala i prenos odgovora. signal.