Notícies

Com a part més bàsica de la tecnologia passiva de l'Internet de les coses, les etiquetes passives RFID UHF s'han utilitzat àmpliament en un gran nombre d'aplicacions com ara supermercats, logística i emmagatzematge, arxius de llibres, traçabilitat contra la falsificació, etc. Només el 2021, a nivell mundial la quantitat d'enviament és de més de 20 mil milions.En aplicacions pràctiques, en què es basa exactament el xip de l'etiqueta passiva RFID UHF per subministrar energia?

Les característiques de la font d'alimentació de l'etiqueta passiva RFID UHF

1. Alimentat per energia sense fil

La transmissió d'energia sense fil fa ús de la radiació electromagnètica sense fil per transferir energia elèctrica d'un lloc a un altre.El procés de treball consisteix a convertir l'energia elèctrica en energia de radiofreqüència mitjançant l'oscil·lació de radiofreqüència, i l'energia de radiofreqüència es converteix en energia de camp electromagnètic de ràdio a través de l'antena de transmissió.L'energia del camp electromagnètic de ràdio es propaga per l'espai i arriba a l'antena receptora, després es converteix de nou en energia de radiofreqüència per l'antena receptora i l'ona de detecció es converteix en energia DC.

El 1896, l'italià Guglielmo Marchese Marconi va inventar la ràdio, que va realitzar la transmissió de senyals de ràdio a través de l'espai.El 1899, el nord-americà Nikola Tesla va proposar la idea d'utilitzar la transmissió d'energia sense fil i va establir una antena de 60 m d'alçada, inductància carregada a la part inferior, capacitat carregada a la part superior a Colorado, utilitzant una freqüència de 150 kHz per introduir 300 kW de potència.Transmet a una distància de fins a 42 km i obté 10 kW de potència de recepció sense fil a l'extrem receptor.

La font d'alimentació de l'etiqueta passiva RFID UHF segueix aquesta idea i el lector subministra energia a l'etiqueta mitjançant radiofreqüència.Tanmateix, hi ha una gran diferència entre la font d'alimentació de l'etiqueta passiva RFID UHF i la prova de Tesla: la freqüència és gairebé deu mil vegades més gran i la mida de l'antena es redueix mil vegades.Com que la pèrdua de transmissió sense fil és proporcional al quadrat de la freqüència i proporcional al quadrat de la distància, és evident que l'augment de la pèrdua de transmissió és enorme.El mode de propagació sense fil més senzill és la propagació en espai lliure.La pèrdua de propagació és inversament proporcional al quadrat de la longitud d'ona de propagació i proporcional al quadrat de la distància.La pèrdua de propagació a l'espai lliure és LS=20lg(4πd/λ).Si la unitat de distància d és m i la unitat de freqüència f és MHz, aleshores LS= -27,56+20lgd+20lgf.

El sistema RFID UHF es basa en el mecanisme de transmissió d'energia sense fil.L'etiqueta passiva no té la seva pròpia font d'alimentació.Ha de rebre l'energia de radiofreqüència emesa pel lector i establir una font d'alimentació de CC mitjançant la rectificació de duplicació de tensió, el que significa establir una font d'alimentació de CC mitjançant una bomba de càrrega Dickson.

La distància de comunicació aplicable de la interfície aèria RFID UHF està determinada principalment per la potència de transmissió del lector i la pèrdua bàsica de propagació a l'espai.La potència de transmissió del lector RFID de banda UHF sol limitar-se a 33 dBm.A partir de la fórmula bàsica de pèrdua de propagació, ignorant qualsevol altra possible pèrdua, es pot calcular la potència de RF que arriba a l'etiqueta mitjançant la transmissió d'energia sense fil.La relació entre la distància de comunicació de la interfície aèria RFID UHF i la pèrdua de propagació bàsica i la potència de RF que arriba a l'etiqueta es mostra a la taula:

Es pot veure a la taula que la transmissió d'energia sense fil UHF RFID té les característiques d'una gran pèrdua de transmissió.Atès que la RFID compleix les normes nacionals de comunicació de curta distància, la potència de transmissió del lector és limitada, de manera que l'etiqueta pot subministrar poca potència.A mesura que augmenta la distància de comunicació, l'energia de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta passiva disminueix segons la freqüència i la capacitat d'alimentació disminueix ràpidament.

2. Implementar el subministrament d'energia carregant i descarregant condensadors d'emmagatzematge d'energia en xip

(1) Característiques de càrrega i descàrrega del condensador

Les etiquetes passives utilitzen la transmissió d'energia sense fil per obtenir energia, convertir-la en tensió de CC, carregar i emmagatzemar els condensadors en xip i, a continuació, subministrar energia a la càrrega mitjançant la descàrrega.Per tant, el procés d'alimentació de les etiquetes passives és el procés de càrrega i descàrrega del condensador.El procés d'establiment és un procés de càrrega pur, i el procés d'alimentació és un procés de descàrrega i càrrega suplementària.La càrrega addicional ha de començar abans que la tensió de descàrrega arribi a la tensió mínima d'alimentació del xip.

(2) Paràmetres de càrrega i descàrrega del condensador

1) Paràmetres de càrrega

Durada del temps de càrrega: τC=RC×C

Tensió de càrrega:

corrent de recàrrega:

on RC és la resistència de càrrega i C és el condensador d'emmagatzematge d'energia.

2) Paràmetres de descàrrega

Durada del temps de descàrrega: τD=RD×C

Tensió de descàrrega:

Corrent de descàrrega:

A la fórmula, RD és la resistència de descàrrega i C és el condensador d'emmagatzematge d'energia.

L'anterior mostra les característiques de la font d'alimentació de les etiquetes passives.No és ni una font de tensió constant ni una font de corrent constant, sinó la càrrega i descàrrega del condensador d'emmagatzematge d'energia.Quan el condensador d'emmagatzematge d'energia al xip es carrega per sobre de la tensió de treball V0 del circuit del xip, pot subministrar energia a l'etiqueta.Quan el condensador d'emmagatzematge d'energia comença a subministrar energia, la seva tensió d'alimentació comença a baixar.Quan cau per sota de la tensió de funcionament del xip V0, el condensador d'emmagatzematge d'energia perd la seva capacitat d'alimentació i el xip no pot continuar funcionant.Per tant, l'etiqueta de la interfície aèria hauria de tenir prou capacitat per recarregar l'etiqueta.

Es pot veure que el mode d'alimentació de les etiquetes passives és adequat per a les característiques de la comunicació en ràfega, i la font d'alimentació de les etiquetes passives també necessita el suport de la càrrega contínua.

3 Balanç d'oferta i demanda

La font d'alimentació de càrrega flotant és un altre mètode d'alimentació, i la capacitat de la font d'alimentació de càrrega flotant s'adapta a la capacitat de descàrrega.Però tots tenen un problema comú, és a dir, la font d'alimentació de les etiquetes passives RFID UHF ha d'equilibrar l'oferta i la demanda.

(1) Mode d'alimentació d'equilibri entre l'oferta i la demanda per a la comunicació en ràfega

L'estàndard actual ISO/IEC18000-6 d'etiquetes passives RFID UHF pertany al sistema de comunicació de ràfega.Per a les etiquetes passives, no es transmet cap senyal durant el període de recepció.Tot i que el període de resposta rep l'ona portadora, és equivalent a l'adquisició de la font d'oscil·lació, per la qual cosa es pot considerar com un treball simplex.Camí.Per a aquesta aplicació, si el període de recepció s'utilitza com a període de càrrega del condensador d'emmagatzematge d'energia i el període de resposta és el període de descàrrega del condensador d'emmagatzematge d'energia, la quantitat igual de càrrega i descàrrega per mantenir l'equilibri entre l'oferta i la demanda es converteix en condició necessària per mantenir el funcionament normal del sistema.Pel mecanisme d'alimentació de l'etiqueta passiva UHF RFID esmentada anteriorment es pot saber que la font d'alimentació de l'etiqueta passiva UHF RFID no és ni una font de corrent constant ni una font de tensió constant.Quan el condensador d'emmagatzematge d'energia de l'etiqueta es carrega a una tensió superior a la tensió de treball normal del circuit, s'inicia la font d'alimentació;quan el condensador d'emmagatzematge d'energia de l'etiqueta es descarrega a una tensió inferior a la tensió de funcionament normal del circuit, la font d'alimentació s'atura.

Per a la comunicació en ràfega, com ara la interfície d'aire RFID de l'etiqueta passiva UHF, la càrrega es pot carregar abans que l'etiqueta enviï una ràfega de resposta, suficient per assegurar-se que es pot mantenir una tensió suficient fins que es completi la resposta.Per tant, a més de la radiació de radiofreqüència prou forta que pot rebre l'etiqueta, el xip també ha de tenir una capacitat suficient al xip i un temps de càrrega prou llarg.També s'ha d'adaptar el consum d'energia de resposta de l'etiqueta i el temps de resposta.A causa de la distància entre l'etiqueta i el lector, el temps de resposta és diferent, l'àrea del condensador d'emmagatzematge d'energia és limitada i altres factors, pot ser difícil equilibrar l'oferta i la demanda en la divisió del temps.

(2) Mode d'alimentació flotant per a una comunicació contínua

Per a una comunicació contínua, per mantenir l'alimentació ininterrompuda del condensador d'emmagatzematge d'energia, s'ha de descarregar i carregar al mateix temps, i la velocitat de càrrega és similar a la velocitat de descàrrega, és a dir, la capacitat d'alimentació es manté abans. la comunicació ha finalitzat.

La identificació de radiofreqüència de divisió de codi d'etiqueta passiva i l'etiqueta passiva UHF RFID estàndard actual ISO/IEC18000-6 tenen característiques comunes.L'estat de recepció de l'etiqueta ha de ser demodulat i descodificat, i l'estat de resposta s'ha de modular i enviar.Per tant, s'ha de dissenyar segons una comunicació contínua.Sistema d'alimentació amb xip d'etiquetes.Perquè la taxa de càrrega sigui similar a la de descàrrega, la major part de l'energia rebuda per l'etiqueta s'ha d'utilitzar per a la càrrega.

Recursos de RF compartits

1. Front-end de RF per a etiquetes passives

Les etiquetes passives no només s'utilitzen com a font d'alimentació de les etiquetes i postals per a l'energia de radiofreqüència dels lectors, sinó que, el que és més important, la transmissió del senyal d'instrucció del lector a l'etiqueta i la transmissió del senyal de resposta de l'etiqueta al lector són realitzat mitjançant la transmissió de dades sense fil.L'energia de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta s'ha de dividir en tres parts, que s'utilitzen respectivament perquè el xip estableixi la font d'alimentació, demoduli el senyal (incloent el senyal de comandament i el rellotge de sincronització) i proporcioni el portador de resposta.

El mode de treball de l'estàndard UHF RFID actual té les característiques següents: el canal d'enllaç descendent adopta el mode de difusió i el canal d'enllaç ascendent adopta el mode de resposta de seqüència d'un sol canal per compartir etiquetes múltiples.Per tant, pel que fa a la transmissió d'informació, pertany al mode de funcionament simplex.Tanmateix, com que l'etiqueta en si no pot proporcionar el portador de transmissió, la resposta de l'etiqueta ha de proporcionar el portador amb l'ajuda del lector.Per tant, quan l'etiqueta respon, pel que fa a l'estat d'enviament, els dos extrems de la comunicació es troben en un estat de treball dúplex.

En diferents estats de treball, les unitats de circuit posades en funcionament per l'etiqueta són diferents i la potència necessària perquè funcionin les diferents unitats de circuit també és diferent.Tota la potència prové de l'energia de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta.Per tant, és necessari controlar la distribució d'energia de RF de manera raonable i quan sigui necessari.

2. Aplicació d'energia RF en diferents horaris laborals

Quan l'etiqueta entra al camp de RF del lector i comença a generar energia, independentment del senyal que enviï el lector en aquest moment, l'etiqueta subministrarà tota l'energia de RF rebuda al circuit rectificador de duplicació de voltatge per carregar el condensador d'emmagatzematge d'energia en xip. , establint així la font d'alimentació del xip.

Quan el lector transmet el senyal de comandament, el senyal de transmissió del lector és un senyal codificat per les dades de comandament i l'amplitud modulada per la seqüència de l'espectre expandit.Hi ha components portadors i components de banda lateral que representen dades d'ordres i seqüències d'espectre expandit en el senyal rebut per l'etiqueta.L'energia total, l'energia portadora i els components de banda lateral del senyal rebut estan relacionats amb la modulació.En aquest moment, el component de modulació s'utilitza per transmetre la informació de sincronització de l'ordre i la seqüència d'espectre expandit, i l'energia total s'utilitza per carregar el condensador d'emmagatzematge d'energia al xip, que simultàniament comença a subministrar energia al xip. circuit d'extracció de sincronització i la unitat del circuit de demodulació del senyal de comandament.Per tant, durant el període en què el lector envia una instrucció, l'energia de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta s'utilitza perquè l'etiqueta continuï carregant-se, extreu el senyal de sincronització, demoduli i identifiqui el senyal d'instrucció.El condensador d'emmagatzematge d'energia de l'etiqueta es troba en un estat d'alimentació de càrrega flotant.

Quan l'etiqueta respon al lector, el senyal transmès del lector és un senyal que es modula per l'amplitud del rellotge de sub-velocitat de xip d'espectre estensat d'espectre estes.En el senyal rebut per l'etiqueta, hi ha components portadors i components de banda lateral que representen el rellotge de subtaxa de velocitat de xip d'espectre expandit.En aquest moment, el component de modulació s'utilitza per transmetre la informació de la velocitat del xip i el rellotge de velocitat de la seqüència d'espectre expandit, i l'energia total s'utilitza per carregar el condensador d'emmagatzematge d'energia al xip i modular les dades rebudes i enviar una resposta al lector.El circuit d'extracció de sincronització de xips i la unitat del circuit de modulació del senyal de resposta proporcionen energia.Per tant, durant el període en què el lector rep la resposta, l'etiqueta rep l'energia de radiofreqüència i s'utilitza perquè l'etiqueta continuï carregant-se, s'extreu el senyal de sincronització del xip i es modulen les dades de resposta i s'envia la resposta.El condensador d'emmagatzematge d'energia de l'etiqueta es troba en un estat d'alimentació de càrrega flotant.

En resum, a més que l'etiqueta entra al camp de RF del lector i comença a establir un període d'alimentació, l'etiqueta subministrarà tota l'energia de RF rebuda a un circuit rectificador que duplica la tensió per carregar el condensador d'emmagatzematge d'energia en el xip, establint així una font d'alimentació de xip.Posteriorment, l'etiqueta extreu la sincronització del senyal de radiofreqüència rebut, implementa la demodulació d'ordres o modula i transmet dades de resposta, tot això utilitza l'energia de radiofreqüència rebuda.

3. Requisits d'energia de RF per a diferents aplicacions

(1) Requisits d'energia de RF per a la transmissió d'energia sense fil

La transferència d'energia sense fil estableix la font d'alimentació per a l'etiqueta, de manera que requereix una tensió suficient per conduir el circuit de xip i una potència suficient i una capacitat d'alimentació contínua.

La font d'alimentació de la transmissió d'energia sense fil és establir la font d'alimentació rebent l'energia del camp de RF del lector i la rectificació de duplicació de la tensió quan l'etiqueta no té font d'alimentació.Per tant, la seva sensibilitat de recepció està limitada per la caiguda de tensió del tub de díode de detecció frontal.Per als xips CMOS, la sensibilitat de recepció de la rectificació de duplicació de tensió és d'entre -11 i -0,7 dBm, és el coll d'ampolla de les etiquetes passives.

(2) Requisits d'energia de RF per a la detecció del senyal rebut

Mentre que la rectificació de duplicació de tensió estableix la font d'alimentació del xip, l'etiqueta ha de dividir una part de l'energia de radiofreqüència rebuda per proporcionar un circuit de detecció de senyal, inclosa la detecció de senyal de comandament i la detecció de rellotge síncron.Com que la detecció del senyal es realitza amb la condició que s'hagi establert l'alimentació de l'etiqueta, la sensibilitat de demodulació no està limitada per la caiguda de tensió del tub de díode de detecció frontal, de manera que la sensibilitat de recepció és molt superior a la potència sense fils. Sensibilitat de recepció de transmissió, i pertany a la detecció d'amplitud del senyal i no hi ha cap requisit de força de potència.

(3) Requisits d'energia de RF per a la resposta de l'etiqueta

Quan l'etiqueta respon a l'enviament, a més de detectar el rellotge síncron, també necessita realitzar una modulació pseudo-PSK a la portadora rebuda (que conté l'embolcall de modulació del rellotge) i realitzar la transmissió inversa.En aquest moment, es requereix un cert nivell de potència, i el seu valor depèn de la distància del lector a l'etiqueta i de la sensibilitat del lector a rebre.Atès que l'entorn de treball del lector permet l'ús de dissenys més complexos, el receptor pot implementar un disseny frontal de baix soroll, i la identificació de radiofreqüència de divisió de codi utilitza modulació d'espectre expandit, així com guany d'espectre estes i guany del sistema PSK. , la sensibilitat del lector pot estar dissenyada per ser prou alta.De manera que els requisits per al senyal de retorn de l'etiqueta es redueixen prou.

En resum, la potència de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta s'assigna principalment com a energia de rectificació del duplicador de voltatge de transmissió d'energia sense fils, i després s'assigna la quantitat adequada de nivell de detecció del senyal d'etiqueta i la quantitat adequada d'energia de modulació de retorn per aconseguir una energia raonable. distribució i garantir la càrrega contínua del condensador d'emmagatzematge d'energia.és un disseny possible i raonable.

Es pot veure que l'energia de radiofreqüència rebuda per les etiquetes passives té diversos requisits d'aplicació, de manera que es requereix un disseny de distribució d'energia de radiofreqüència;els requisits d'aplicació de l'energia de radiofreqüència en diferents períodes de treball són diferents, per la qual cosa és necessari tenir un disseny de distribució d'energia de radiofreqüència segons les necessitats dels diferents períodes de treball;Les diferents aplicacions tenen diferents requisits per a l'energia de RF, entre els quals la transmissió d'energia sense fil requereix més potència, de manera que l'assignació d'energia de RF s'ha de centrar en les necessitats de transmissió d'energia sense fil.

Les etiquetes passives RFID UHF utilitzen la transmissió d'energia sense fil per establir una font d'alimentació d'etiquetes.Per tant, l'eficiència de la font d'alimentació és extremadament baixa i la capacitat d'alimentació és molt feble.El xip de l'etiqueta s'ha de dissenyar amb un baix consum d'energia.El circuit del xip s'alimenta carregant i descarregant el condensador d'emmagatzematge d'energia del xip.Per tant, per garantir el funcionament continu de l'etiqueta, el condensador d'emmagatzematge d'energia s'ha de carregar contínuament.L'energia de radiofreqüència rebuda per l'etiqueta té tres aplicacions diferents: rectificació de duplicació de tensió per a l'alimentació, recepció i demodulació del senyal de comandament i modulació i transmissió del senyal de resposta.Entre ells, la sensibilitat de recepció de la rectificació de duplicació de tensió està restringida per la caiguda de tensió del díode rectificador, que es converteix en una interfície d'aire.coll d'ampolla.Per aquest motiu, la recepció i demodulació del senyal i la modulació i transmissió del senyal de resposta són les funcions bàsiques que ha d'assegurar el sistema RFID.Com més forta sigui la capacitat d'alimentació de l'etiqueta del rectificador duplicador de tensió, més competitiu serà el producte.Per tant, el criteri per distribuir racionalment l'energia de RF rebuda en el disseny del sistema d'etiquetes és augmentar el subministrament d'energia de RF mitjançant la rectificació del duplicador de tensió tant com sigui possible amb la premissa d'assegurar la demodulació del senyal rebut i la transmissió de la resposta. senyal.