Gauzen Internet pasiboaren teknologiaren zatirik oinarrizkoena den heinean, UHF RFID etiketa pasiboak oso erabiliak izan dira aplikazio ugaritan, hala nola supermerkatuen txikizkako salmentan, logistikan eta biltegietan, liburuen artxiboetan, faltsutzearen aurkako trazabilitatea, etab. 2021ean bakarrik, mundu osoan. bidalketa zenbatekoa 20 milioi baino gehiago da.Aplikazio praktikoetan, zertan oinarritzen da zehazki UHF RFID etiketa pasiboaren txipa energia hornitzeko?
UHF RFID etiketa pasiboaren elikadura-horniduraren ezaugarriak
1. Haririk gabeko energiaz elikatzen da
Hari gabeko potentziaren transmisioa haririk gabeko erradiazio elektromagnetikoa erabiltzen ari da energia elektrikoa leku batetik bestera transferitzeko.Lan-prozesua energia elektrikoa irrati-maiztasuneko energia bihurtzen da irrati-maiztasunaren oszilazio bidez, eta irrati-maiztasun-energia irrati-maiztasun-energia eremu elektromagnetikoko energia bihurtzen da igorlearen antena bidez.Irrati-eremu elektromagnetikoko energia espazioan zehar hedatzen da eta antena hartzailera iristen da, gero irrati-maiztasun-energiara bihurtzen da hartzaile antenatik, eta detekzio-uhina DC energia bihurtzen da.
1896an, Guglielmo Marchese Marconi italiarrak irratia asmatu zuen, irrati-seinaleak espazioan zehar igortzen zituena.1899an, Nikola Tesla estatubatuarrak haririk gabeko potentzia transmisioa erabiltzeko ideia proposatu zuen, eta 60 m-ko altuera duen antena bat ezarri zuen, induktantzia behean kargatuta, eta goian kargatutako kapazitantzia Coloradon, 150kHz-ko maiztasuna erabiliz 300kW-ko potentzia sartzeko.Gehienez 42 km-ko distantzian transmititzen du, eta haririk gabeko 10 kW-ko potentzia lortzen du hartzailearen muturrean.
UHF RFID etiketa pasiboaren hornikuntza ideia horri jarraitzen dio, eta irakurleak etiketari irrati-maiztasunaren bidez hornitzen dio energia.Hala ere, alde handia dago UHF RFID etiketa pasiboaren horniduraren eta Tesla probaren artean: maiztasuna ia hamar mila aldiz handiagoa da eta antena-tamaina mila aldiz murrizten da.Hari gabeko transmisio-galera maiztasunaren karratuarekiko proportzionala denez eta distantziaren karratuarekiko proportzionala denez, argi dago transmisio-galeren igoera handia dela.Haririk gabeko hedapen modurik errazena espazio libreko hedapena da.Hedapen-galera hedapen-uhin-luzeraren karratuarekiko alderantziz proportzionala da eta distantziaren karratuarekiko proportzionala.Espazio libreko hedapen-galera LS=20lg(4πd/λ) da.d distantziaren unitatea m bada eta f maiztasunaren unitatea MHz bada, orduan LS= -27,56+20lgd+20lgf.
UHF RFID sistema haririk gabeko potentzia transmititzeko mekanismoan oinarritzen da.Etiketa pasiboak ez du bere elikadura iturririk.Irakurleak igorritako irrati-maiztasunaren energia jaso behar du eta DC elikadura hornidura ezarri behar du tentsioa bikoizteko zuzenketaren bidez, hau da, DC hornidura bat ezarri Dickson karga ponparen bidez.
UHF RFID aire-interfazearen komunikazio distantzia aplikagarria irakurgailuaren transmisio-potentziaren eta espazioko oinarrizko hedapen-galeren arabera zehazten da batez ere.UHF banda RFID irakurgailuaren transmisio-potentzia 33 dBm-ra mugatzen da normalean.Hedapen-galeren oinarrizko formulatik, beste galera posibleak alde batera utzita, hari gabeko potentzia transmisioaren bidez etiketara iristen den RF potentzia kalkula daiteke.UHF RFID aire-interfazearen komunikazio-distantziaren eta oinarrizko hedapen-galeren eta etiketara iristen den RF potentziaren arteko erlazioa taulan agertzen da:
| Distantzia/m | 1 | 3 | 6 | 10 | 50 | 70 |
| Oinarrizko hedapen-galera/dB | 31 | 40 | 46 | 51 | 65 | 68 |
| Etiketara iristen den RF potentzia | 2 | -7 | -13 | -18 | -32 | -35 |
Taulan ikus daiteke UHF RFID haririk gabeko potentzia transmisioa transmisio galera handiaren ezaugarriak dituela.RFID distantzia laburreko komunikazio-arau nazionalak betetzen dituenez, irakurgailuaren transmisio-potentzia mugatua da, beraz, etiketak potentzia baxua eman dezake.Komunikazio-distantzia handitzen den heinean, etiketa pasiboak jasotzen duen irrati-maiztasunaren energia maiztasunaren arabera gutxitzen da eta elikadura-hornidura-ahalmena azkar murrizten da.
2. Elikatze-hornidura ezartzea txip-en energia biltegiratzeko kondentsadoreak kargatuz eta deskargatuz
(1) Kondentsadorearen karga eta deskargaren ezaugarriak
Etiketa pasiboek haririk gabeko potentzia-transmisioa erabiltzen dute energia lortzeko, DC tentsio bihurtzeko, txip-ko kondentsadoreak kargatu eta gordetzeko eta, ondoren, kargari energia hornitzeko deskarga bidez.Hori dela eta, etiketa pasiboen elikatze-prozesua kondentsadoreak kargatzeko eta deskargatzeko prozesua da.Ezarpen-prozesua kargatze-prozesu hutsa da, eta elikadura-hornidura-prozesua deskarga eta karga-prozesu osagarria da.Karga osagarria deskarga-tentsioa txiparen hornidura-tentsio minimora iritsi baino lehen hasi behar da.
(2) Kondentsadorearen karga eta deskarga parametroak
1) Kargatzeko parametroak
Kargatzeko denboraren iraupena: τC=RC×C
Karga-tentsioa:
kargatzeko korrontea:
non RC kargatzeko erresistentzia den eta C energia biltegiratzeko kondentsadorea den.
2) Deskarga-parametroak
Deskarga-denboraren luzera: τD=RD×C
Deskarga-tentsioa:
Deskarga-korrontea:
Formulan, RD deskarga-erresistentzia da, eta C energia biltegiratzeko kondentsadorea.
Goikoek etiketa pasiboen elikadura-horniduraren ezaugarriak erakusten dituzte.Ez da tentsio-iturri konstantea, ezta korronte konstantea ere, energia biltegiratzeko kondentsadorearen karga eta deskarga baizik.Txiparen energia biltegiratzeko kondentsadorea txip-zirkuituaren V0 lan-tentsioaren gainetik kargatzen denean, etiketari potentzia eman diezaioke.Energia biltegiratzeko kondentsadorea potentzia ematen hasten denean, bere elikadura-hornidura-tentsioa jaisten hasten da.V0 txiparen funtzionamendu-tentsioaren azpitik jaisten denean, energia biltegiratzeko kondentsadoreak elikadura-gaitasuna galtzen du eta txipak ezin du lanean jarraitu.Hori dela eta, aire-interfazearen etiketak etiketa kargatzeko nahikoa gaitasun izan behar du.
Ikusten da etiketa pasiboen elikadura-hornidura-modua leherketa-komunikazioaren ezaugarrietarako egokia dela eta etiketa pasiboen elikadura-hornidurak etengabe kargatzeko laguntza behar duela.
3 Eskaintza eta eskariaren balantzea
Kargatzeko hornidura flotagarria elikatze-horniduraren beste metodo bat da, eta kargatzeko hornidura flotagarria deskargatzeko ahalmenera egokitzen da.Baina guztiek dute arazo komun bat, hau da, UHF RFID etiketa pasiboen elikadura-hornidurak eskaintza eta eskaria orekatu behar ditu.
(1) Eskaintza eta eskaria orekatzeko elikadura-hornidura modua eztanda komunikaziorako
UHF RFID etiketa pasiboen egungo ISO/IEC18000-6 estandarra lehertutako komunikazio sistemari dagokio.Etiketa pasiboetarako, ez da seinalerik transmititzen harrera-aldian.Erantzun-aldiak uhin eramailea jasotzen badu ere, oszilazio-iturria eskuratzearen parekoa da, beraz, lan sinpletzat har daiteke.Bidea.Aplikazio honetarako, jasotzeko epea energia biltegiratzeko kondentsadorearen karga-aldi gisa erabiltzen bada eta erantzun-epea energia biltegiratzeko kondentsadorearen deskarga-aldia bada, karga eta deskarga kopuru berdina eskaintzaren eta eskariaren oreka mantentzeko bihurtzen da. sistemaren funtzionamendu normala mantentzeko beharrezko baldintza.Goian aipatutako UHF RFID etiketa pasiboaren elikatze-mekanismotik jakin daiteke UHF RFID etiketa pasiboaren elikadura-hornidura ez dela korronte konstantea ez tentsio-iturri konstantea.Etiketa-energia biltegiratzeko kondentsadorea zirkuituaren ohiko lan-tentsioa baino tentsio handiagoarekin kargatzen denean, elikadura hornidura hasten da;etiketa-energia biltegiratzeko kondentsadorea zirkuituaren funtzionamendu-tentsio normala baino tentsio baxuago batera deskargatzen denean, elikadura-hornidura eten egiten da.
Lehertzeko komunikaziorako, esate baterako, etiketa pasiboko UHF RFID aire-interfazea, karga kargatu daiteke etiketak erantzun-leherketa bat bidali baino lehen, nahikoa tentsio nahikoa mantendu daitekeela erantzuna amaitu arte.Hori dela eta, etiketak jaso dezakeen irrati-maiztasuneko erradiazio nahiko indartsuaz gain, txipak txiparen kapazitate handia eta kargatzeko denbora nahikoa luzea izatea ere eskatzen du.Etiketen erantzunaren energia-kontsumoa eta erantzun-denbora ere egokitu behar dira.Etiketaren eta irakurgailuaren arteko distantzia dela eta, erantzun-denbora desberdina da, energia biltegiratzeko kondentsadorearen eremua mugatua da eta beste faktore batzuk, zaila izan daiteke eskaintza eta eskaria orekatzea denbora zatian.
(2) Energia hornidura flotagarria etengabeko komunikaziorako
Etengabeko komunikaziorako, energia biltegiratzeko kondentsadorearen etenik gabeko elikadura mantentzeko, aldi berean deskargatu eta kargatu behar da, eta karga-abiadura deskarga-abiaduraren antzekoa da, hau da, energia-hornidura-ahalmena aurretik mantentzen da. komunikazioa amaitu egiten da.
Etiketa-kode pasiboaren zatiketa irrati-maiztasunaren identifikazioa eta UHF RFID etiketa pasiboaren egungo ISO/IEC18000-6 estandarrak ezaugarri komunak dituzte.Etiketa jasotzen duen egoera demodulatu eta deskodetu behar da, eta erantzunaren egoera modulatu eta bidali behar da.Horregatik, etengabeko komunikazioaren arabera diseinatu behar da.Etiketa txipa elikadura-sistema.Karga-tasa deskarga-tasaren antzekoa izan dadin, etiketak jasotzen duen energia gehiena kargatzeko erabili behar da.
RF baliabide partekatuak
1. Etiketa pasiboetarako RF frontend-a
Etiketa pasiboak ez dira etiketen eta postalen energia iturri gisa erabiltzen irakurleen irrati-maiztasunaren energiarako, baina are garrantzitsuagoa dena, irakurletik etiketara jarraibide-seinalearen transmisioa eta etiketatik irakurlerako erantzun-seinalearen transmisioa dira. haririk gabeko datu-transmisioaren bidez gauzatzen da.Etiketak jasotzen duen irrati-maiztasunaren energia hiru zatitan banatu behar da, eta, hurrenez hurren, txiparentzat elikadura-hornidura ezartzeko, seinalea demodulatzeko (agindu-seinalea eta sinkronizazio-erlojua barne) eta erantzun-eramailea emateko erabiltzen dira.
Egungo UHF RFID estandarraren lan-moduak ezaugarri hauek ditu: beheranzko kanalak igorpen modua hartzen du eta goranzko kanalak etiketa anitzeko kanal bakarreko sekuentzia erantzuna partekatzeko modua hartzen du.Beraz, informazioaren transmisioari dagokionez, simplex funtzionamendu-moduari dagokio.Hala ere, etiketak berak ezin baitu transmisio-eramailea eman, etiketa-erantzunak eramailea eman behar du irakurlearen laguntzaz.Beraz, etiketak erantzuten duenean, igorle-egoerari dagokionez, komunikazioaren bi muturrak duplex funtzionamendu-egoeran daude.
Lan-egoera desberdinetan, etiketak martxan jartzen dituen zirkuitu-unitateak desberdinak dira, eta zirkuitu-unitate desberdinek funtzionatzeko behar duten potentzia ere desberdina da.Potentzia guztia etiketak jasotzen duen irrati-maiztasunaren energiatik dator.Hori dela eta, beharrezkoa da RF energiaren banaketa arrazoiz eta egokia denean kontrolatzea.
2. RF energiaren aplikazioa lanordu ezberdinetan
Etiketa irakurlearen RF eremuan sartzen denean eta potentzia sortzen hasten denean, irakurleak une honetan bidaltzen duen seinalea edozein dela ere, etiketak jasotako RF energia guztia hornituko du tentsio-bikoiztu zuzentzaile-zirkuituari, txiparen energia biltegiratzeko kondentsadorea kargatzeko. , horrela txiparen elikadura-hornidura ezarriz.
Irakurleak komando-seinalea igortzen duenean, irakurlearen transmisio-seinalea komando-datuek eta hedatutako espektro-sekuentziak modulatutako anplitudeak kodetutako seinalea da.Etiketak jasotako seinalean komando-datuak eta espektro zabaleko sekuentziak adierazten dituzten eramaile-osagaiak eta albo-banda-osagaiak daude.Jasotako seinalearen energia osoa, energia eramailea eta albo-bandaren osagaiak modulazioari lotuta daude.Une honetan, modulazio-osagaia komandoaren sinkronizazio-informazioa eta hedapen-espektro-sekuentzia transmititzeko erabiltzen da, eta energia osoa txip-en energia biltegiratzeko kondentsadorea kargatzeko erabiltzen da, aldi berean txip-ari potentzia ematen hasten dena. sinkronizazio-erauzketa-zirkuitua eta komando-seinalearen demodulazio-zirkuitu-unitatea.Hori dela eta, irakurleak instrukzio bat bidaltzen duen aldian, etiketak jasotzen duen irrati-maiztasunaren energia erabiltzen da etiketak kargatzen jarraitzeko, sinkronizazio-seinalea ateratzeko, demodulatzeko eta instrukzio-seinalea identifikatzeko.Etiketa energia biltegiratzeko kondentsadorea karga flotagarriko elikadura-hornidura egoeran dago.
Etiketak irakurleari erantzuten dionean, irakurgailuaren igorritako seinalea espektro hedatuaren espektro hedatuaren txip-tasa azpi-tasa erlojuaren anplitudeak modulatzen duen seinalea da.Etiketak jasotzen duen seinalean, espektro zabaleko txip-tasa azpi-tasa erlojua adierazten duten eramaile-osagaiak eta albo-banda osagaiak daude.Une honetan, modulazio-osagaia hedatutako espektro-sekuentziaren txip-tasa eta tasa-erlojuaren informazioa transmititzeko erabiltzen da, eta energia osoa txip-en energia biltegiratzeko kondentsadorea kargatzeko eta jasotako datuak modulatzeko eta erantzuna bidaltzeko erabiltzen da. irakurlea.Txipa sinkronizatzeko erauzketa-zirkuitua eta erantzun-seinalearen modulazio-zirkuitu unitateak potentzia hornitzen dute.Horregatik, irakurleak erantzuna jasotzen duen aldian, etiketak irrati-maiztasunaren energia jasotzen du eta etiketak kargatzen jarraitzeko erabiltzen da, txiparen sinkronizazio seinalea ateratzen da eta erantzunaren datuak modulatzen dira eta erantzuna bidaltzen da.Etiketa energia biltegiratzeko kondentsadorea karga flotagarriko elikadura-hornidura egoeran dago.
Laburbilduz, etiketa irakurlearen RF eremuan sartu eta elikadura-hornidura-epe bat ezartzen hasteaz gain, etiketak jasotako RF energia guztia hornituko du tentsio-bikoiztu zuzentzaile-zirkuitu batera txip-en energia biltegiratzeko kondentsadorea kargatzeko, eta horrela ezarriko du. txip elikadura hornidura.Ondoren, etiketak sinkronizazioa ateratzen du jasotako irrati-maiztasun-seinaletik, komandoen demodulazioa ezartzen du edo erantzun-datuak modulatu eta transmititzen ditu, eta horiek guztiek jasotako irrati-maiztasunaren energia erabiltzen dute.
3. RF energia-eskakizunak aplikazio desberdinetarako
(1) Haririk gabeko potentzia transmisiorako RF energia-eskakizunak
Haririk gabeko potentzia-transferentziak etiketaren elikadura-hornidura ezartzen du, beraz, txip-zirkuitua gidatzeko tentsio nahikoa eta potentzia nahikoa eta etengabeko hornidura-gaitasuna behar ditu.
Haririk gabeko potentzia transmisioaren elikadura hornidura ezartzea da irakurgailuaren RF eremuko energia jasoz eta tentsioa bikoiztu zuzenketa etiketak elikadurarik ez duenean.Hori dela eta, bere harrera-sentsibilitatea aurrealdeko detekzio-diodo-hodiaren tentsio jaitsierak mugatzen du.CMOS txipetarako, tentsioa bikoizteko zuzenketaren harrera-sentsibilitatea -11 eta -0,7 dBm artekoa da, etiketa pasiboen botila-lepoa da.
(2) Jasotako seinalea detektatzeko RF energia-eskakizunak
Tentsioa bikoizteko zuzenketak txiparen elikadura-hornidura ezartzen duen bitartean, etiketak jasotako irrati-maiztasunaren energiaren zati bat zatitu behar du seinalea hautemateko zirkuitu bat eskaintzeko, komando-seinalearen detekzioa eta erloju sinkronoaren detekzioa barne.Seinalearen detekzioa etiketaren elikadura-hornidura ezarrita dagoen baldintzapean egiten denez, demodulazio-sentsibilitatea ez da mugatzen aurreko amaierako detekzio-diodo-hodiaren tentsio-jaitsierak, beraz, hartzailearen sentsibilitatea haririk gabeko potentzia baino askoz ere handiagoa da. transmisioa jasotzen duen sentsibilitatea, eta seinalearen anplitudea detektatzeko dagokio, eta ez dago potentzia-indarraren baldintzarik.
(3) Etiketen erantzunerako RF energia-eskakizunak
Etiketak bidalketari erantzuten dionean, erloju sinkronoa detektatzeaz gain, sasi-PSK modulazioa ere egin behar du jasotako eramailearen gainean (erlojuaren modulazioaren inguratzailea duena) eta alderantzizko transmisioa egin behar du.Une honetan, potentzia-maila jakin bat behar da, eta bere balioa irakurleak etiketarekiko duen distantziaren eta irakurleak jasotzeko duen sentikortasunaren araberakoa da.Irakurlearen lan-inguruneak diseinu konplexuagoak erabiltzea ahalbidetzen duenez, hargailuak zarata baxuko front-end diseinua ezar dezake eta kode-zatiketa irrati-maiztasunaren identifikazioak espektro hedatuaren modulazioa erabiltzen du, baita espektro hedatua eta PSK sistemaren irabazia ere. , irakurlearen sentsibilitatea nahikoa altua izateko diseinatu daiteke.Etiketaren itzulera-seinalearen baldintzak nahikoa murriztu daitezen.
Laburbilduz, etiketak jasotzen duen irrati-maiztasunaren potentzia batez ere haririk gabeko potentzia transmisioko tentsio bikoizteko zuzenketa-energia gisa esleitzen da, eta, ondoren, etiketa-seinalearen detekzio-maila eta itzulera-modulazio-energia kopuru egokia esleitzen dira zentzuzko energia lortzeko. banaketa eta energia biltegiratzeko kondentsadorearen etengabeko kargatzea bermatzea.diseinu posible eta arrazoizkoa da.
Etiketa pasiboek jasotzen duten irrati-maiztasun-energiak aplikazio-eskakizun desberdinak dituela ikus daiteke, beraz, irrati-maiztasun-potentzia-banaketaren diseinua behar da;irrati-maiztasunaren energiaren aplikazio-eskakizunak desberdinak dira lanaldi desberdinetan, beraz, beharrezkoa da irrati-maiztasunaren potentzia-banaketa diseinua izatea lanaldi desberdinetako beharren arabera;Aplikazio ezberdinek baldintza desberdinak dituzte RF energiarako, horien artean haririk gabeko potentzia transmisioak potentzia gehien eskatzen du, beraz, RF potentziaren esleipenak haririk gabeko potentzia transmisioaren beharretara bideratu beharko luke.
UHF RFID etiketa pasiboek haririk gabeko potentzia transmisioa erabiltzen dute etiketa elikadura hornidura ezartzeko.Hori dela eta, elikadura-horniduraren eraginkortasuna oso baxua da eta elikatze-gaitasuna oso ahula da.Etiketa txipa potentzia-kontsumo txikiarekin diseinatu behar da.Txiparen zirkuitua txiparen energia biltegiratzeko kondentsadorea kargatuz eta deskargatuz elikatzen da.Horregatik, etiketaren etengabeko funtzionamendua bermatzeko, energia biltegiratzeko kondentsadorea etengabe kargatu behar da.Etiketak jasotzen duen irrati-maiztasun-energiak hiru aplikazio ezberdin ditu: elikadura-iturrirako tentsio-bikoizketaren zuzenketa, agindu-seinalearen harrera eta demodulazioa eta erantzun-seinalearen modulazioa eta transmisioa.Horien artean, tentsio-bikoizketaren zuzenketaren sentsibilitatea jasotzeko diodo zuzentzailearen tentsio jaitsierak mugatzen du, aire-interfaze bihurtzen dena.botila-lepoa.Hori dela eta, seinalearen harrera eta demodulazioa eta erantzunaren seinalearen modulazioa eta transmisioa dira RFID sistemak bermatu behar dituen oinarrizko funtzioak.Tentsio bikoizteko zuzentzailearen etiketaren elikadura-gaitasuna zenbat eta indartsuagoa izan, orduan eta lehiakorragoa izango da produktua.Hori dela eta, etiketa-sistemaren diseinuan jasotako RF energia arrazionalki banatzeko irizpidea RF energia-hornidura handitzea da tentsio bikoizteko zuzenketaren bidez, jasotako seinalearen demodulazioa eta erantzunaren transmisioa bermatzeko premisarekin. seinalea.
Argitalpenaren ordua: 2022-02-09