Uudised

Passiivse asjade interneti tehnoloogia kõige elementaarsema osana on UHF RFID passiivseid silte laialdaselt kasutatud paljudes rakendustes, nagu supermarketite jaemüük, logistika ja laondus, raamatuarhiivid, võltsimisvastane jälgitavus jne. Alles 2021. aastal on ülemaailmne tarnesumma on üle 20 miljardi.Millele UHF RFID passiivse märgise kiip praktilistes rakendustes toiteallikaks täpselt tugineb?

UHF RFID passiivse märgise toiteallika omadused

1. Toiteallikaks on juhtmevaba toide

Traadita jõuülekanne kasutab juhtmevaba elektromagnetkiirgust elektrienergia ülekandmiseks ühest kohast teise.Tööprotsess seisneb elektrienergia muutmises raadiosageduslikuks energiaks raadiosagedusliku võnkumise teel ja raadiosageduslik energia muundatakse raadio-elektromagnetvälja energiaks saateantenni kaudu.Raadio elektromagnetvälja energia levib läbi ruumi ja jõuab vastuvõtuantennini, seejärel muundatakse see vastuvõtuantenni poolt tagasi raadiosageduslikuks energiaks ja tuvastuslainest saab alalisvoolu energia.

1896. aastal leiutas itaallane Guglielmo Marchese Marconi raadio, mis realiseeris raadiosignaalide edastamise üle kosmose.Aastal 1899 pakkus ameeriklane Nikola Tesla välja idee kasutada traadita jõuülekannet ja rajas antenni, mis on 60 m kõrgune, induktiivsus laetud põhjas, mahtuvus laetud ülevalt Colorados, kasutades 300 kW võimsuse sisestamiseks sagedust 150 kHz.See edastab kuni 42 km kaugusele ja saab vastuvõtuotsas 10 kW juhtmevaba vastuvõtuvõimsust.

UHF RFID passiivse märgise toiteallikas järgib seda ideed ja lugeja varustab märgist raadiosagedusega.UHF RFID passiivse märgise toiteallika ja Tesla testi vahel on aga tohutu erinevus: sagedus on ligi kümme tuhat korda suurem ja antenni suurus on tuhat korda väiksem.Kuna traadita edastuskadu on võrdeline sageduse ruuduga ja võrdeline kauguse ruuduga, on selge, et edastuskadude kasv on tohutu.Lihtsaim juhtmevaba levirežiim on vaba ruumi levi.Levikukadu on pöördvõrdeline levimise lainepikkuse ruuduga ja võrdeline kauguse ruuduga.Vaba ruumi levikadu on LS=20lg(4πd/λ).Kui kauguse d ühik on m ja sageduse f ühik on MHz, siis LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID-süsteem põhineb juhtmevaba jõuülekande mehhanismil.Passiivsildil ei ole oma toiteallikat.See peab vastu võtma lugeja poolt kiiratava raadiosagedusliku energia ja looma alalisvoolu toiteallika pinge kahekordistamisega, mis tähendab alalisvoolu toiteallika loomist Dicksoni laadimispumba kaudu.

UHF RFID-õhuliidese kohaldatava sidekauguse määrab peamiselt lugeja edastusvõimsus ja põhiline levimiskadu ruumis.UHF-riba RFID-lugeja edastusvõimsus on tavaliselt piiratud 33 dBm-ga.Põhilise levikao valemi järgi, jättes tähelepanuta muid võimalikke kadusid, saab arvutada raadiosagedusliku võimsuse, mis jõuab märgisele juhtmeta jõuülekande kaudu.Seos UHF RFID-õhuliidese sidekauguse ja põhilevikukao ning märgisele jõudva raadiosagedusliku võimsuse vahel on näidatud tabelis:

Tabelist on näha, et UHF RFID juhtmeta jõuülekandel on suure edastuskao omadused.Kuna RFID vastab riiklikele lähiside reeglitele, on lugeja edastusvõimsus piiratud, nii et silt võib varustada väikese võimsusega.Sidekauguse suurenedes väheneb passiivse märgise poolt vastuvõetud raadiosagedusenergia vastavalt sagedusele ja toiteallika võimsus väheneb kiiresti.

2. Rakendage toiteallikat, laadides ja tühjendades kiibil olevaid energiasalvestuskondensaatoreid

(1) Kondensaatori laadimise ja tühjenemise omadused

Passiivsed sildid kasutavad juhtmevaba jõuülekannet energia saamiseks, selle alalispingeks muundamiseks, kiibil olevate kondensaatorite laadimiseks ja salvestamiseks ning seejärel tühjenemise kaudu koormuse toiteks.Seetõttu on passiivsete siltide toiteprotsess kondensaatori laadimise ja tühjenemise protsess.Asutamisprotsess on puhas laadimisprotsess ning toiteallika protsess on tühjendus- ja täiendav laadimisprotsess.Täiendav laadimine peab algama enne, kui tühjenduspinge jõuab kiibi minimaalse toitepingeni.

(2) Kondensaatori laadimise ja tühjenemise parameetrid

1) Laadimisparameetrid

Laadimisaja pikkus: τC=RC×C

Laadimispinge:

laadimisvool:

kus RC on laadimistakisti ja C on energiat salvestav kondensaator.

2) Tühjenemise parameetrid

Tühjendusaja pikkus: τD=RD×C

Tühjenduspinge:

Tühjendusvool:

Valemis on RD tühjendustakistus ja C energiasalvestuskondensaator.

Ülaltoodu näitab passiivsete siltide toiteallika omadusi.See ei ole püsipinge ega konstantse voolu allikas, vaid energiasalvestuskondensaatori laadimine ja tühjendamine.Kui kiibil olev energiasalvestuskondensaator on laetud üle kiibi vooluringi tööpinge V0, võib see anda märgisele toite.Kui energiasalvestuskondensaator hakkab toiteallikaks saama, hakkab selle toitepinge langema.Kui see langeb alla kiibi tööpinge V0, kaotab energiasalvesti kondensaator oma toitevõimsuse ja kiip ei saa edasi töötada.Seetõttu peaks õhuliidese märgisel olema piisav võimsus märgise laadimiseks.

Näha on, et passiivsete siltide toiterežiim sobib purskekommunikatsiooni omadustele ning passiivsete siltide toiteallikas vajab ka pideva laadimise tuge.

3 Nõudluse ja pakkumise tasakaal

Ujuvlaadimise toiteallikas on teine ​​​​toiteallika meetod ja ujuvlaadimise toiteallika võimsus on kohandatud tühjendusvõimsusega.Kuid neil kõigil on ühine probleem, st UHF RFID passiivsete siltide toiteallikas peab tasakaalustama pakkumise ja nõudluse.

(1) Pakkumise ja nõudluse tasakaalu toiteallika režiim sarivõtete jaoks

Praegune UHF RFID passiivsete siltide standard ISO/IEC18000-6 kuulub sarivõtete sidesüsteemi.Passiivsete siltide puhul signaali vastuvõtuperioodi jooksul ei edastata.Kuigi reaktsiooniperiood võtab vastu kandelaine, on see samaväärne võnkeallika hankimisega, seega võib seda käsitleda lihttööna.Tee.Kui selle rakenduse puhul kasutatakse energiasalvestuskondensaatori laadimisperioodina vastuvõtuperioodi ja reageerimisperioodiks on energiasalvestuskondensaatori tühjenemisperiood, muutub pakkumise ja nõudluse tasakaalu säilitamiseks võrdne laadimis- ja tühjenemisperiood. vajalik tingimus süsteemi normaalse töö tagamiseks.Ülalmainitud UHF RFID passiivse märgise toitemehhanismi järgi võib teada, et UHF RFID passiivse märgise toiteallikaks ei ole ei püsivoolu ega konstantse pinge allikas.Kui märgise energiasalvesti kondensaator laetakse vooluahela tavapärasest tööpingest kõrgemale pingele, käivitub toiteallikas;kui märgise energiasalvestuskondensaator tühjeneb ahela tavapärasest tööpingest madalamale pingele, siis toide peatub.

Sarivõtete, näiteks passiivse sildi UHF RFID-õhuliidese puhul saab laadimist laadida enne, kui silt saadab vastusepurske, mis on piisav, et tagada piisava pinge säilimine kuni vastuse lõppemiseni.Seetõttu peab kiibil olema lisaks piisavalt tugevale raadiosageduslikule kiirgusele, mida silt vastu võtta saab, ka piisavalt suur kiibil olev mahtuvus ja piisavalt pikk laadimisaeg.Samuti tuleb kohandada sildi reageerimise energiatarbimist ja reaktsiooniaega.Sildi ja lugeja vahelise kauguse tõttu on reageerimisaeg erinev, energiasalvestise kondensaatori pindala on piiratud ja muude tegurite tõttu võib pakkumist ja nõudlust ajajaotuses olla keeruline tasakaalustada.

(2) Ujuv toiteallika režiim pidevaks suhtluseks

Pideva side jaoks, et säilitada energiasalvesti kondensaatori katkematu toiteallikas, tuleb see tühjendada ja laadida samal ajal ning laadimiskiirus on sarnane tühjenemiskiirusega, st toiteallika võimsus säilib enne side katkeb.

Passiivse sildi koodijaotusega raadiosagedustuvastus ja UHF RFID passiivse märgi praeguse standardi ISO/IEC18000-6 omadused on ühised.Sildi vastuvõtu olek tuleb demoduleerida ja dekodeerida ning vastuse olek tuleb moduleerida ja saata.Seetõttu tuleks see kujundada vastavalt pidevale suhtlusele.Tag chip toitesüsteem.Selleks, et laadimiskiirus oleks tühjenemiskiirusega sarnane, tuleb suurem osa märgise vastuvõetud energiast kasutada laadimiseks.

Jagatud RF-ressursid

1. RF esiots passiivsete siltide jaoks

Passiivseid silte ei kasutata mitte ainult siltide ja postkaartide toiteallikana lugejatelt raadiosagedusliku energia saamiseks, vaid veelgi olulisem on see, et juhiste signaali edastamine lugejalt märgisele ja vastusesignaali edastamine sildilt lugejale. realiseeritud traadita andmeedastuse kaudu.Märgise vastuvõetud raadiosagedusenergia tuleks jagada kolmeks osaks, mida kasutatakse vastavalt kiibile toiteallika loomiseks, signaali demoduleerimiseks (sealhulgas käsusignaal ja sünkroniseerimiskell) ja vastuse kandja.

Praeguse standardse UHF RFID-i töörežiimil on järgmised omadused: allalingi kanal võtab üle edastusrežiimi ja üleslingi kanal võtab vastu mitme sildi jagamise ühe kanaliga jadavastuse režiimi.Seetõttu kuulub see infoedastuse mõttes simpleks-töörežiimi.Kuna aga märgis ise ei saa anda edastuskandjat, peab sildi vastus andma kandjale lugeja abi.Seega, kui silt vastab saatmisolekusse, on side mõlemad otsad duplekstööolekus.

Erinevates tööseisundites on sildi abil tööle pandud vooluringid erinevad ning erinev on ka erinevate vooluringiüksuste töötamiseks vajalik võimsus.Kogu võimsus tuleb märgise vastuvõetud raadiosagedusenergiast.Seetõttu on vaja raadiosageduslikku energiajaotust mõistlikult ja vajaduse korral kontrollida.

2. RF energia rakendamine erinevatel töötundidel

Kui silt siseneb lugeja RF-välja ja hakkab toiteallikat koguma, varustab silt kogu vastuvõetud RF-energia pinget kahekordistava alaldi ahelaga, et laadida kiibil olevat energiasalvestuskondensaatorit. , luues seeläbi kiibi toiteallika.

Kui lugeja edastab käsusignaali, on lugeja edastussignaal signaal, mis on kodeeritud käsuandmetega ja amplituudmoduleeritud hajusspektri jadaga.Seal on kandekomponendid ja külgriba komponendid, mis esindavad käsuandmeid ja hajaspektri jadasid märgise vastuvõetud signaalis.Vastuvõetud signaali koguenergia, kandeenergia ja külgriba komponendid on seotud modulatsiooniga.Sel ajal kasutatakse modulatsioonikomponenti käsu ja hajaspektri jada sünkroonimisteabe edastamiseks ning koguenergiat kasutatakse kiibil oleva energiasalvestuskondensaatori laadimiseks, mis samal ajal hakkab toite andma kiibile. sünkroniseerimise ekstraheerimisahel ja käsusignaali demodulatsiooniahela üksus.Seetõttu kasutatakse perioodil, mil lugeja käsu saadab, sildi poolt vastuvõetud raadiosageduslikku energiat selleks, et silt jätkaks laadimist, sünkroniseerimissignaali eraldamist, demoduleerimist ja käsusignaali tuvastamist.Sildi energiasalvestuskondensaator on ujuva laengu toiteallika olekus.

Kui silt vastab lugejale, on lugeja edastatud signaal signaal, mida moduleerib hajutatud spektri hajutatud spektri kiibi kiiruse alamkiiruse amplituud.Märgendi poolt vastuvõetud signaalis on kandekomponendid ja külgriba komponendid, mis esindavad hajaspektri kiibi kiiruse alamkiirusega takti.Sel ajal kasutatakse modulatsioonikomponenti hajaspektri jada kiibi kiiruse ja kiiruse kella teabe edastamiseks ning koguenergiat kasutatakse kiibil oleva energiasalvestuskondensaatori laadimiseks ja vastuvõetud andmete moduleerimiseks ja vastuse saatmiseks lugeja.Kiibi sünkroniseerimise väljatõmbeahel ja vastussignaali modulatsiooniahela üksus toidavad toidet.Seetõttu võtab silt perioodil, mil lugeja vastuse saab, raadiosageduslikku energiat ja seda kasutatakse märgise laadimise jätkamiseks, eraldatakse kiibi sünkroniseerimissignaal ning vastuseandmed moduleeritakse ja vastus saadetakse.Sildi energiasalvestuskondensaator on ujuva laengu toiteallika olekus.

Lühidalt, lisaks sellele, et silt siseneb lugeja RF-välja ja hakkab looma toiteallika perioodi, varustab silt kogu vastuvõetud RF-energia pinget kahekordistava alaldi ahelaga, et laadida kiibil oleva energiasalvestuskondensaatorit, luues seeläbi kiibi toiteallikas.Seejärel eraldab silt vastuvõetud raadiosagedussignaalist sünkroonimise, rakendab käsudemodulatsiooni või moduleerib ja edastab vastuseandmed, mis kõik kasutavad vastuvõetud raadiosageduslikku energiat.

3. RF energia nõuded erinevatele rakendustele

(1) Raadiosagedusliku energia nõuded traadita jõuülekande jaoks

Juhtmeta toiteedastus loob sildi jaoks toiteallika, nii et see nõuab nii piisavat pinget kiibi vooluringi juhtimiseks kui ka piisavat võimsust ja pidevat toiteallikat.

Juhtmeta jõuülekande toiteallikaks on luua toiteallikas, võttes vastu lugeja RF-välja energiat ja pinge kahekordistamist, kui märgisel puudub toiteallikas.Seetõttu piirab selle vastuvõtutundlikkust esiotsa tuvastusdioodi toru pingelang.CMOS-kiipide puhul on pinge kahekordistava alalduse vastuvõtutundlikkus vahemikus -11 kuni -0,7 dBm, see on passiivsete siltide kitsaskoht.

(2) Vastuvõetud signaali tuvastamise raadiosagedusliku energia nõuded

Kuigi pinge kahekordistamise alaldamine loob kiibi toiteallika, peab silt jagama osa vastuvõetud raadiosagedusenergiast, et luua signaalituvastusahel, sealhulgas käsusignaali tuvastamine ja sünkroonse kella tuvastamine.Kuna signaali tuvastamine toimub tingimusel, et sildi toiteallikas on loodud, ei piira demodulatsiooni tundlikkust esiotsa tuvastusdioodi toru pingelang, seega on vastuvõtu tundlikkus palju suurem kui juhtmevaba võimsus. edastuse vastuvõtutundlikkus ja see kuulub signaali amplituudi tuvastamisse ning võimsuse tugevuse nõuet pole.

(3) Märgise reageerimise raadiosagedusliku energia nõuded

Kui silt reageerib saatmisele, peab see lisaks sünkroonse kella tuvastamisele teostama ka vastuvõetud kandjal pseudo-PSK modulatsiooni (sisaldab kella modulatsiooni mähisjoont) ja realiseerima pöördedastuse.Sel ajal on vaja teatud võimsustaset ja selle väärtus sõltub lugeja kaugusest sildist ja lugeja vastuvõtutundlikkusest.Kuna lugeja töökeskkond võimaldab kasutada keerukamaid konstruktsioone, saab vastuvõtja rakendada madala müratasemega esiotsa disaini ning koodijaotusega raadiosagedustuvastus kasutab hajuspektermodulatsiooni, aga ka hajuspektri võimendust ja PSK süsteemi võimendust. , võib lugeja tundlikkus olla piisavalt kõrge.Nii et etiketi tagasisignaali nõudeid vähendatakse piisavalt.

Kokkuvõtteks võib öelda, et sildi poolt vastuvõetud raadiosageduslik võimsus jaotatakse peamiselt traadita jõuülekande pinge kahekordistaja alaldi energiaks ning seejärel eraldatakse mõistliku energia saavutamiseks sobiv kogus sildisignaali tuvastamise taset ja sobiv kogus tagastusmodulatsiooni energiat. jaotus ja tagada energiasalvesti kondensaatori pidev laadimine.on võimalik ja mõistlik disain.

On näha, et passiivsete siltide poolt vastuvõetud raadiosageduslikul energial on erinevad rakendusnõuded, seega on vaja raadiosagedusliku toitejaotuse konstruktsiooni;raadiosagedusliku energia rakendusnõuded erinevatel tööperioodidel on erinevad, mistõttu on vajalik raadiosagedusliku energiajaotuse projekt vastavalt erinevate tööperioodide vajadustele;Erinevatel rakendustel on RF-energiale erinevad nõuded, mille hulgas on traadita energiaedastus kõige rohkem energiat, seega peaks raadiosagedusliku võimsuse jaotamisel keskenduma traadita jõuülekande vajadustele.

Passiivsed UHF RFID-märgised kasutavad märgise toiteallika loomiseks juhtmevaba jõuülekannet.Seetõttu on toiteallika efektiivsus äärmiselt madal ja toiteallika võime väga nõrk.Sildi kiip peab olema konstrueeritud väikese energiatarbimisega.Kiibiahela toiteallikaks on kiibil oleva energiasalvestuskondensaatori laadimine ja tühjendamine.Seetõttu tuleb märgise pideva töö tagamiseks energiasalvestuskondensaatorit pidevalt laadida.Märgise vastuvõetud raadiosagedusenergial on kolm erinevat rakendust: pinge kahekordistamine toiteallika jaoks, käsusignaali vastuvõtmine ja demoduleerimine ning vastussignaali moduleerimine ja edastamine.Nende hulgas piirab pinge kahekordistava alaldi vastuvõtutundlikkust alaldi dioodi pingelang, millest saab õhuliides.pudelikael.Seetõttu on signaali vastuvõtt ja demoduleerimine ning vastussignaali moduleerimine ja edastamine põhifunktsioonid, mida RFID-süsteem peab tagama.Mida tugevam on pinge kahekordistaja alaldi sildi toiteallika võime, seda konkurentsivõimelisem on toode.Seetõttu on märgisüsteemi projekteerimisel vastuvõetud raadiosagedusenergia ratsionaalse jaotamise kriteeriumiks RF energiavarustuse suurendamine pinge kahekordistaja alaldisega nii palju kui võimalik eeldusel, et on tagatud vastuvõetud signaali demoduleerimine ja vastuse edastamine. signaal.