Nyheder

Som den mest basale del af passiv Internet of Things-teknologi er UHF RFID passive tags blevet brugt i vid udstrækning i en lang række applikationer såsom supermarkedsdetailhandel, logistik og lager, bogarkiver, sporbarhed til bekæmpelse af falskmøntneri osv. Kun i 2021, global forsendelsesbeløbet er mere end 20 mia.I praktiske applikationer, hvad er det præcist, chippen af ​​UHF RFID-passive tagget er afhængig af for at levere strøm?

Strømforsyningsegenskaberne for UHF RFID passiv tag

1. Drevet af trådløs strøm

Trådløs strømtransmission gør brug af trådløs elektromagnetisk stråling til at overføre elektrisk energi fra et sted til et andet.Arbejdsprocessen er at omdanne elektrisk energi til radiofrekvensenergi gennem radiofrekvensoscillation, og radiofrekvensenergien omdannes til radioelektromagnetisk feltenergi gennem sendeantennen.Den radioelektromagnetiske feltenergi forplanter sig gennem rummet og når modtagerantennen, derefter konverteres den tilbage til radiofrekvensenergi af modtagerantennen, og detektionsbølgen bliver til DC-energi.

I 1896 opfandt italieneren Guglielmo Marchese Marconi radioen, som realiserede transmissionen af ​​radiosignaler over rummet.I 1899 foreslog amerikanske Nikola Tesla ideen om at bruge trådløs strømtransmission og etablerede en antenne, som er 60 m høj, induktans indlæst i bunden, kapacitans indlæst i toppen i Colorado, ved hjælp af en frekvens på 150 kHz til at indlæse 300 kW strøm.Den transmitterer over en afstand på op til 42 km og opnår 10kW trådløs modtageeffekt i modtagerenden.

UHF RFID passiv tag-strømforsyning følger denne idé, og læseren leverer strøm til tagget via radiofrekvens.Der er dog en enorm forskel mellem UHF RFID passiv tag-strømforsyning og Tesla-test: Frekvensen er næsten ti tusind gange højere, og antennestørrelsen er reduceret med tusind gange.Da trådløst transmissionstab er proportionalt med kvadratet af frekvensen og proportionalt med kvadratet af afstanden, er det klart, at stigningen i transmissionstabet er enorm.Den enkleste trådløse udbredelsestilstand er frirumsudbredelse.Udbredelsestabet er omvendt proportionalt med kvadratet af udbredelsesbølgelængden og proportionalt med kvadratet af afstanden.Tabet af frirumsudbredelse er LS=20lg(4πd/λ).Hvis enheden for afstand d er m og frekvensenheden f er MHz, så er LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID-systemet er baseret på den trådløse kraftoverførselsmekanisme.Den passive tag har ikke sin egen strømforsyning.Den skal modtage den radiofrekvensenergi, der udsendes af læseren, og etablere en DC-strømforsyning gennem spændingsfordoblings-enretning, hvilket betyder at etablere en DC-strømforsyning gennem Dickson ladepumpe.

Den gældende kommunikationsafstand for UHF RFID-luftgrænsefladen bestemmes hovedsageligt af læserens transmissionseffekt og det grundlæggende udbredelsestab i rummet.UHF-bånd RFID-læser sendeeffekt er normalt begrænset til 33dBm.Ud fra den grundlæggende formlen for udbredelsestab, ignorerer eventuelle andre mulige tab, kan RF-effekten, der når mærket gennem trådløs strømtransmission, beregnes.Forholdet mellem kommunikationsafstanden for UHF RFID-luftgrænsefladen og det grundlæggende udbredelsestab og RF-effekten, der når tagget, er vist i tabellen:

Det kan ses fra tabellen, at UHF RFID trådløs krafttransmission har karakteristika for stort transmissionstab.Da RFID overholder de nationale regler for kortdistancekommunikation, er læserens sendeeffekt begrænset, så tagget kan levere lav strøm.Efterhånden som kommunikationsafstanden øges, falder den radiofrekvensenergi, der modtages af den passive tag, i overensstemmelse med frekvensen, og strømforsyningskapaciteten falder hurtigt.

2. Implementer strømforsyning ved at oplade og aflade on-chip energilagringskondensatorer

(1) Kondensatorladnings- og afladningskarakteristika

Passive tags bruger trådløs strømtransmission til at opnå energi, konvertere den til jævnspænding, oplade og gemme on-chip kondensatorerne og derefter levere strøm til belastningen gennem afladning.Derfor er strømforsyningsprocessen for passive tags processen med kondensatoropladning og -afladning.Etableringsprocessen er en ren ladeproces, og strømforsyningsprocessen er en afladnings- og supplerende opladningsproces.Den supplerende opladning skal starte, før afladningsspændingen når chippens minimumsforsyningsspænding.

(2) Kondensatorladnings- og afladningsparametre

1) Opladningsparametre

Opladningstidslængde: τC=RC×C

Ladespænding:

ladestrøm:

hvor RC er lademodstanden og C er energilagringskondensatoren.

2) Udledningsparametre

Afladningstidslængde: τD=RD×C

Afladningsspænding:

Afladningsstrøm:

I formlen er RD udladningsmodstanden, og C er energilagringskondensatoren.

Ovenstående viser strømforsyningsegenskaberne for passive tags.Det er hverken en konstant spændingskilde eller en konstant strømkilde, men opladning og afladning af energilagringskondensatoren.Når on-chip energilagringskondensatoren er opladet over arbejdsspændingen V0 af chipkredsløbet, kan den levere strøm til tagget.Når energilagringskondensatoren begynder at levere strøm, begynder dens strømforsyningsspænding at falde.Når den falder under chippens driftsspænding V0, mister energilagringskondensatoren sin strømforsyningskapacitet, og chippen kan ikke fortsætte med at arbejde.Derfor bør luftgrænseflademærket have tilstrækkelig kapacitet til at genoplade mærket.

Det kan ses, at strømforsyningstilstanden for passive tags er velegnet til karakteristika for burst-kommunikation, og strømforsyningen til passive tags har også brug for støtte til kontinuerlig opladning.

3 Balance mellem udbud og efterspørgsel

Flydende ladestrømforsyning er en anden strømforsyningsmetode, og den flydende ladestrømforsyningskapacitet er tilpasset afladningskapaciteten.Men de har alle et fælles problem, det vil sige, at strømforsyningen til UHF RFID passive tags skal balancere udbud og efterspørgsel.

(1) Udbud og efterspørgsel balancerer strømforsyningstilstand til burstkommunikation

Den nuværende standard ISO/IEC18000-6 for UHF RFID passive tags tilhører burst-kommunikationssystemet.For passive tags transmitteres intet signal i modtageperioden.Selvom responsperioden modtager bærebølgen, svarer det til at erhverve oscillationskilden, så det kan betragtes som simpleksarbejde.Vej.For denne applikation, hvis modtageperioden bruges som opladningsperioden for energilagringskondensatoren, og responsperioden er afladningsperioden for energilagringskondensatoren, bliver den samme mængde opladning og afladning for at opretholde balancen mellem udbud og efterspørgsel. en nødvendig betingelse for at opretholde systemets normale drift.Det kan vides fra strømforsyningsmekanismen for den ovennævnte UHF RFID passive tag, at strømforsyningen af ​​den UHF RFID passive tag hverken er en konstant strømkilde eller en konstant spændingskilde.Når tag-energilagringskondensatoren oplades til en spænding, der er højere end kredsløbets normale arbejdsspænding, starter strømforsyningen;når tag-energilagringskondensatoren aflades til en spænding, der er lavere end den normale driftsspænding for kredsløbet, stoppes strømforsyningen.

Til burst-kommunikation, såsom passiv tag UHF RFID-luftgrænseflade, kan ladningen oplades, før taggen sender en responsburst, nok til at sikre, at der kan opretholdes tilstrækkelig spænding, indtil svaret er afsluttet.Ud over den kraftige nok radiofrekvensstråling, som tagget kan modtage, kræves det derfor, at chippen også har en stor nok on-chip kapacitans og en lang nok opladningstid.Tag-svarets strømforbrug og responstid skal også tilpasses.På grund af afstanden mellem taggen og læseren er responstiden anderledes, arealet af energilagringskondensatoren er begrænset, og andre faktorer kan være vanskeligt at balancere udbud og efterspørgsel i tidsdeling.

(2) Flydende strømforsyningstilstand til kontinuerlig kommunikation

For kontinuerlig kommunikation, for at opretholde den uafbrudte strømforsyning af energilagringskondensatoren, skal den aflades og oplades på samme tid, og opladningshastigheden svarer til afladningshastigheden, det vil sige, at strømforsyningskapaciteten opretholdes før kommunikationen afbrydes.

Passiv tag-kodeopdeling radiofrekvensidentifikation og UHF RFID passiv tag nuværende standard ISO/IEC18000-6 har fælles karakteristika.Tag-modtagelsestilstanden skal demoduleres og dekodes, og svartilstanden skal moduleres og sendes.Derfor bør den udformes efter kontinuerlig kommunikation.Tag chip strømforsyningssystem.For at ladehastigheden svarer til afladningshastigheden, skal det meste af den energi, som tagget modtager, bruges til opladning.

Delte RF-ressourcer

1. RF front-end til passive tags

Passive tags bruges ikke kun som strømkilden til tags og postkort til radiofrekvensenergien fra læserne, men endnu vigtigere er instruktionssignaltransmissionen fra læseren til taggen og responssignaltransmissionen fra taggen til læseren. realiseres gennem trådløs datatransmission.Radiofrekvensenergien modtaget af tagget bør opdeles i tre dele, som henholdsvis bruges til chippen til at etablere strømforsyningen, demodulere signalet (inklusive kommandosignalet og synkroniseringsuret) og levere responsbæreren.

Arbejdstilstanden for den nuværende standard UHF RFID har følgende egenskaber: downlink-kanalen anvender udsendelsestilstanden, og uplink-kanalen anvender tilstanden til multi-tag-deling af enkeltkanalssekvensrespons.Med hensyn til informationstransmission hører den derfor til simplex-driftsmåden.Men eftersom mærket selv ikke kan levere transmissionsbæreren, skal mærkesvaret forsyne bæreren med hjælp fra læseren.Når mærket reagerer, er begge ender af kommunikationen, hvad angår afsendertilstanden, derfor i en dupleksarbejdstilstand.

I forskellige arbejdstilstande er de kredsløbsenheder, der sættes i gang af tagget, forskellige, og den effekt, der kræves for, at forskellige kredsløbsenheder fungerer, er også forskellig.Al strømmen kommer fra radiofrekvensenergien modtaget af tagget.Derfor er det nødvendigt at kontrollere RF-energifordelingen rimeligt og når det er relevant.

2. RF energianvendelse i forskellige arbejdstider

Når tagget kommer ind i læserens RF-felt og begynder at opbygge strøm, uanset hvilket signal læseren sender på dette tidspunkt, vil tagget levere al den modtagne RF-energi til spændingsfordoblings-ensretterkredsløbet for at oplade on-chip energilagringskondensatoren , hvorved chippens strømforsyning etableres.

Når læseren transmitterer kommandosignalet, er læserens transmissionssignal et signal kodet af kommandodataene og amplitude moduleret af spread spectrum-sekvensen.Der er bærebølgekomponenter og sidebåndskomponenter, der repræsenterer kommandodata og spredte spektrumsekvenser i signalet, der modtages af mærket.Den samlede energi, bærerenergi og sidebåndskomponenter af det modtagne signal er relateret til modulering.På dette tidspunkt bruges modulationskomponenten til at transmittere synkroniseringsinformationen for kommandoen og spread spectrum-sekvensen, og den samlede energi bruges til at oplade on-chip energilagringskondensatoren, som samtidig begynder at levere strøm til on-chippen synkroniseringsudtrækningskredsløb og kommandosignaldemodulationskredsløbsenheden.Derfor, i den periode, hvor læseren sender en instruktion, bruges radiofrekvensenergien modtaget af taggen til, at taggen kan fortsætte med at oplade, udtrække synkroniseringssignalet, demodulere og identificere instruktionssignalet.Tag-energilagringskondensatoren er i en strømforsyningstilstand med flydende ladning.

Når mærket reagerer på læseren, er læserens transmitterede signal et signal, der moduleres af amplituden af ​​spread spectrum spread spectrum chiphastighedsunderhastighedsuret.I signalet, der modtages af mærket, er der bærerkomponenter og sidebåndskomponenter, der repræsenterer spread spectrum-chiphastighedens underhastighedsur.På dette tidspunkt bruges modulationskomponenten til at transmittere chiphastigheden og hastighedsklokinformationen for spread spectrum-sekvensen, og den samlede energi bruges til at oplade on-chip energilagringskondensatoren og modulere de modtagne data og sende et svar til læser.Chipsynkroniseringsudtrækningskredsløbet og responssignalmodulationskredsløbsenheden leverer strøm.I den periode, hvor læseren modtager svaret, modtager taggen derfor radiofrekvensenergien og bruges til, at taggen kan fortsætte opladningen, chipsynkroniseringssignalet udtrækkes, og svardataene moduleres, og svaret sendes.Tag-energilagringskondensatoren er i en strømforsyningstilstand med flydende ladning.

Kort sagt, ud over at taggen kommer ind i læserens RF-felt og begynder at etablere en strømforsyningsperiode, vil taggen levere al den modtagne RF-energi til et spændingsfordoblings-ensretterkredsløb for at oplade on-chip energilagringskondensatoren, og derved etablere en chip strømforsyning.Efterfølgende udtrækker mærket synkronisering fra det modtagne radiofrekvenssignal, implementerer kommandodemodulering eller modulerer og transmitterer svardata, som alle bruger den modtagne radiofrekvensenergi.

3. Krav til RF-energi til forskellige applikationer

(1) Krav til RF-energi til trådløs strømtransmission

Trådløs strømoverførsel etablerer strømforsyningen til tagget, så det kræver både tilstrækkelig spænding til at drive chipkredsløbet og tilstrækkelig strøm og kontinuerlig strømforsyningskapacitet.

Strømforsyningen til trådløs strømtransmission er at etablere strømforsyningen ved at modtage RF-feltenergien fra læseren og spændingsfordobling ensretning, når mærket ikke har nogen strømforsyning.Derfor er dens modtagefølsomhed begrænset af spændingsfaldet i front-end-detektionsdioderøret.For CMOS-chips er modtagefølsomheden af ​​spændingsfordoblings-enretning mellem -11 og -0,7 dBm, det er flaskehalsen for passive tags.

(2) Krav til RF-energi til detektering af modtaget signal

Mens spændingsfordoblingens ensretning etablerer chip-strømforsyningen, skal mærket dele en del af den modtagne radiofrekvensenergi for at tilvejebringe et signaldetekteringskredsløb, inklusive kommandosignaldetektering og synkronurdetektion.Fordi signaldetektionen udføres under den betingelse, at strømforsyningen til tagget er etableret, er demodulationsfølsomheden ikke begrænset af spændingsfaldet af front-end-detektionsdioderøret, så modtagefølsomheden er meget højere end den trådløse effekt transmissionsmodtagelsesfølsomhed, og den hører til signalamplitudedetektionen, og der er intet krav om effektstyrke.

(3) RF-energikrav til tag-respons

Når tagget reagerer på afsendelse, skal det udover at detektere det synkrone ur også udføre pseudo-PSK-modulation på den modtagne bærebølge (indeholder urmodulationsindhylningen) og realisere omvendt transmission.På dette tidspunkt kræves et vist effektniveau, og dets værdi afhænger af læserens afstand til tagget og læserens følsomhed til at modtage.Da læserens arbejdsmiljø tillader brugen af ​​mere komplekse designs, kan modtageren implementere et støjsvagt frontend-design, og kodedelingsradiofrekvensidentifikationen bruger spread spectrum-modulation såvel som spread spectrum-forstærkning og PSK-systemforstærkning , kan læserens følsomhed være designet til at være høj nok.Så kravene til etikettens retursignal reduceres nok.

For at opsummere, er radiofrekvenseffekten modtaget af tagget hovedsageligt allokeret som den trådløse strømtransmissionsspændingsfordobler ensretterenergi, og derefter allokeres den passende mængde mærkesignaldetektionsniveau og den passende mængde returmodulationsenergi for at opnå en rimelig energi distribution og sikre den kontinuerlige opladning af energilagringskondensatoren.er et muligt og rimeligt design.

Det kan ses, at den radiofrekvensenergi, der modtages af passive tags, har forskellige applikationskrav, så et radiofrekvensenergifordelingsdesign er påkrævet;anvendelseskravene til radiofrekvensenergi i forskellige arbejdsperioder er forskellige, så det er nødvendigt at have et radiofrekvensenergifordelingsdesign i henhold til behovene i forskellige arbejdsperioder;Forskellige applikationer har forskellige krav til RF-energi, blandt hvilke trådløs strømtransmission kræver mest strøm, så RF-strømtildeling bør fokusere på behovene for trådløs strømtransmission.

UHF RFID passive tags bruger trådløs strømtransmission til at etablere en tag-strømforsyning.Derfor er strømforsyningens effektivitet ekstremt lav, og strømforsyningskapaciteten er meget svag.Tag-chippen skal være designet med lavt strømforbrug.Chipkredsløbet drives af opladning og afladning af energilagringskondensatoren på chippen.Derfor skal energilagringskondensatoren kontinuerligt oplades for at sikre etikettens kontinuerlige drift.Den radiofrekvensenergi, der modtages af tagget, har tre forskellige anvendelser: spændingsfordoblings-enretning til strømforsyning, kommandosignalmodtagelse og demodulation, og responssignalmodulation og transmission.Blandt dem er modtagefølsomheden af ​​spændingsfordobling ensretter begrænset af spændingsfaldet af ensretterdioden, som bliver en luftgrænseflade.flaskehals.Af denne grund er signalmodtagelse og demodulation og responssignalmodulation og transmission de grundlæggende funktioner, som RFID-systemet skal sikre.Jo stærkere strømforsyningsevnen for spændingsdobbelt ensrettermærket er, jo mere konkurrencedygtigt er produktet.Derfor er kriteriet for rationel fordeling af den modtagne RF-energi i design af tag-systemet at øge RF-energiforsyningen ved spændingsdobler ensretning så meget som muligt under forudsætning af at sikre demodulationen af ​​det modtagne signal og transmissionen af ​​svaret signal.