Uutiset

Passiivisen Internet of Things -teknologian alkeellisimpana osana passiivisia UHF RFID -tunnisteita on käytetty laajasti useissa sovelluksissa, kuten supermarkettien vähittäiskaupassa, logistiikassa ja varastoinnissa, kirja-arkistoissa, väärennösten torjuntaan liittyvässä jäljitettävyydessä jne. Vasta vuonna 2021 maailmanlaajuisesti toimitusmäärä on yli 20 miljardia.Mitä UHF RFID -passiivitunnisteen siru tarkalleen ottaen käyttää virransyötössä käytännön sovelluksissa?

Passiivisen UHF RFID -tunnisteen virtalähteen ominaisuudet

1. Toimii langattomalla virtalähteellä

Langaton voimansiirto käyttää langatonta sähkömagneettista säteilyä sähköenergian siirtämiseen paikasta toiseen.Työprosessissa sähköenergia muunnetaan radiotaajuiseksi energiaksi radiotaajuisen värähtelyn avulla ja radiotaajuusenergia muunnetaan radiosähkömagneettisen kentän energiaksi lähetysantennin kautta.Radiosähkömagneettisen kentän energia etenee avaruuden läpi ja saavuttaa vastaanottoantennin, sitten vastaanottoantenni muuntaa sen takaisin radiotaajuiseksi energiaksi ja tunnistusaalto muuttuu tasavirtaenergiaksi.

Vuonna 1896 italialainen Guglielmo Marchese Marconi keksi radion, joka toteutti radiosignaalien lähettämisen avaruuden poikki.Vuonna 1899 amerikkalainen Nikola Tesla ehdotti ajatusta langattoman voimansiirron käyttämisestä ja perusti antennin, joka on 60 m korkea, induktanssi ladattu pohjaan, kapasitanssi ladattu ylhäältä Coloradossa ja joka käyttää 150 kHz:n taajuutta 300 kW tehon syöttämiseen.Se lähettää jopa 42 km:n matkan ja saa 10 kW:n langattoman vastaanottotehon vastaanottopäässä.

Passiivinen UHF RFID -tunnistevirtalähde noudattaa tätä ajatusta, ja lukija syöttää tunnisteeseen virtaa radiotaajuudella.Passiivisen UHF RFID -tunnisteen virtalähteen ja Tesla-testin välillä on kuitenkin valtava ero: taajuus on lähes kymmenentuhatta kertaa suurempi ja antennin koko pienenee tuhat kertaa.Koska langaton lähetyshäviö on verrannollinen taajuuden neliöön ja verrannollinen etäisyyden neliöön, on selvää, että siirtohäviön kasvu on valtava.Yksinkertaisin langaton etenemismuoto on vapaan tilan eteneminen.Etenemishäviö on kääntäen verrannollinen etenemisaallonpituuden neliöön ja verrannollinen etäisyyden neliöön.Vapaan tilan etenemishäviö on LS=20lg(4πd/λ).Jos etäisyyden d yksikkö on m ja taajuuden f yksikkö MHz, niin LS= -27.56+20lgd+20lgf.

UHF RFID -järjestelmä perustuu langattomaan tehonsiirtomekanismiin.Passiivitunnisteella ei ole omaa virtalähdettä.Sen on vastaanotettava lukijan lähettämä radiotaajuinen energia ja muodostettava tasavirtalähde jännitteen kaksinkertaistamisen kautta, mikä tarkoittaa tasavirtalähteen muodostamista Dickson-latauspumpun kautta.

UHF RFID -ilmarajapinnan soveltuva viestintäetäisyys määräytyy pääasiassa lukijan lähetystehon ja perusetenemishäviön perusteella.UHF-kaistan RFID-lukijan lähetysteho on yleensä rajoitettu 33 dBm:iin.Etenemishäviön peruskaavasta huomioimatta muut mahdolliset häviöt voidaan laskea RF-teho, joka saavuttaa tunnisteen langattoman tehonsiirron kautta.UHF RFID -ilmarajapinnan tiedonsiirtoetäisyyden ja perusetenemishäviön sekä tunnisteen saavuttavan RF-tehon välinen suhde on esitetty taulukossa:

Taulukosta voidaan nähdä, että langattomalla UHF RFID -tehonsiirrolla on suuren lähetyshäviön ominaisuudet.Koska RFID noudattaa kansallisia lyhyen matkan viestintäsääntöjä, lukijan lähetysteho on rajoitettu, joten tunniste voi toimittaa vähän virtaa.Viestintäetäisyyden kasvaessa passiivisen tunnisteen vastaanottama radiotaajuusenergia pienenee taajuuden mukaan ja teholähteen kapasiteetti pienenee nopeasti.

2. Toteuta virransyöttö lataamalla ja purkamalla sirulla olevia energian varastointikondensaattoreita

(1) Kondensaattorin lataus- ja purkausominaisuudet

Passiiviset tunnisteet käyttävät langatonta tehonsiirtoa energian saamiseksi, muuntamiseen tasajännitteeksi, lataamaan ja varastoimaan piirissä olevat kondensaattorit ja syöttävät sitten virtaa kuormaan purkauksen kautta.Siksi passiivisten tunnisteiden virransyöttöprosessi on kondensaattorin lataus- ja purkuprosessi.Perustamisprosessi on puhdas latausprosessi, ja virransyöttöprosessi on purku- ja lisälatausprosessi.Lisälatauksen tulee alkaa ennen kuin purkausjännite saavuttaa sirun minimisyöttöjännitteen.

(2) Kondensaattorin lataus- ja purkausparametrit

1) Latausparametrit

Latausajan pituus: τC=RC×C

Latausjännite:

latausvirta:

jossa RC on latausvastus ja C on energian varastointikondensaattori.

2) Purkausparametrit

Purkausajan pituus: τD=RD×C

Purkausjännite:

Purkausvirta:

Kaavassa RD on purkausvastus ja C on energian varastointikondensaattori.

Yllä oleva näyttää passiivisten tunnisteiden virtalähteen ominaisuudet.Se ei ole vakiojännitelähde eikä vakiovirtalähde, vaan energiaa varastoivan kondensaattorin lataus ja purkaminen.Kun sirulla oleva energian varastointikondensaattori on ladattu yli sirupiirin käyttöjännitteen V0, se voi syöttää virtaa tunnisteelle.Kun energian varastointikondensaattori alkaa syöttää virtaa, sen virransyöttöjännite alkaa laskea.Kun se putoaa sirun käyttöjännitteen V0 alapuolelle, energian varastointikondensaattori menettää virransyöttökykynsä eikä siru voi jatkaa toimintaansa.Siksi ilmarajapinnan tunnisteella tulisi olla riittävästi kapasiteettia tunnisteen lataamiseen.

Voidaan nähdä, että passiivisten tunnisteiden tehonsyöttötapa sopii purskeviestinnän ominaisuuksiin ja passiivisten tunnisteiden tehonsyöttö tarvitsee myös jatkuvan latauksen tuen.

3 Kysynnän ja tarjonnan tasapaino

Kelluva latausvirtalähde on toinen virransyöttötapa, ja kelluvan latausvirtalähteen kapasiteetti on sovitettu purkauskapasiteettiin.Mutta niillä kaikilla on yhteinen ongelma, toisin sanoen passiivisten UHF RFID -tunnisteiden virtalähteen on tasapainotettava tarjonta ja kysyntä.

(1) Tarjonnan ja kysynnän tasapainon virransyöttötila purskeviestintää varten

Passiivisten UHF RFID -tunnisteiden nykyinen standardi ISO/IEC18000-6 kuuluu purskeviestintäjärjestelmään.Passiivisten tunnisteiden kohdalla signaalia ei lähetetä vastaanottojakson aikana.Vaikka vasteaika vastaanottaa kantoaallon, se vastaa värähtelylähteen hankkimista, joten sitä voidaan pitää simpleksityönä.Tapa.Tässä sovelluksessa, jos vastaanottojaksoa käytetään energiaa varastoivan kondensaattorin latausjaksona ja vasteaika on energiaa varastoivan kondensaattorin purkautumisjakso, yhtä suuresta lataus- ja purkausmäärästä tulee kysynnän ja tarjonnan tasapainon ylläpitämiseksi. välttämätön edellytys järjestelmän normaalin toiminnan ylläpitämiseksi.Edellä mainitun passiivisen UHF RFID -tunnisteen tehonsyöttömekanismista voidaan tietää, että passiivisen UHF RFID -tunnisteen teholähde ei ole vakiovirtalähde eikä vakiojännitelähde.Kun tunnisteenergian varastointikondensaattori ladataan jännitteeseen, joka on korkeampi kuin piirin normaali käyttöjännite, virransyöttö käynnistyy;kun tunnisteenergian varastointikondensaattori puretaan jännitteeseen, joka on pienempi kuin piirin normaali käyttöjännite, virransyöttö pysähtyy.

Purskeviestinnässä, kuten passiivisen tunnisteen UHF RFID -ilmarajapinnassa, lataus voidaan ladata ennen kuin tagi lähettää vastauspurskeen, mikä riittää varmistamaan, että jännitettä voidaan ylläpitää riittävästi, kunnes vastaus on valmis.Siksi sen riittävän voimakkaan radiotaajuussäteilyn lisäksi, jonka tunniste voi vastaanottaa, sirulta vaaditaan myös riittävän suuri kapasitanssi ja riittävän pitkä latausaika.Tunnisteen vasteen tehonkulutus ja vasteaika on myös mukautettava.Tagin ja lukijan välisen etäisyyden vuoksi vasteaika on erilainen, energiaa varastoivan kondensaattorin pinta-ala on rajallinen ja muista tekijöistä johtuen kysynnän ja tarjonnan tasapainottaminen aikajaossa voi olla vaikeaa.

(2) Kelluva virtalähdetila jatkuvaan tiedonsiirtoon

Jatkuvaa tiedonsiirtoa varten energiavarastokondensaattorin keskeytymättömän virransyötön ylläpitämiseksi se on purettava ja ladattava samanaikaisesti, ja latausnopeus on samanlainen kuin purkausnopeus, eli virtalähdekapasiteettia ylläpidetään ennen viestintä lopetetaan.

Passiivisen koodijakoisen radiotaajuustunnistuksen ja UHF RFID:n passiivisen tunnisteen nykyisellä standardilla ISO/IEC18000-6 on yhteiset ominaisuudet.Tunnisteen vastaanottotila on demoduloitava ja dekoodattava, ja vastaustila on moduloitava ja lähetettävä.Siksi se tulee suunnitella jatkuvan viestinnän mukaan.Tag chip virtalähdejärjestelmä.Jotta latausnopeus olisi samanlainen kuin purkausnopeus, suurin osa tunnisteen vastaanottamasta energiasta on käytettävä lataukseen.

Jaetut RF-resurssit

1. RF-etuosa passiivisille tunnisteille

Passiivisia tunnisteita ei käytetä vain tunnisteiden ja postikorttien virtalähteenä lukijoiden radiotaajuiseen energiaan, vaan mikä vielä tärkeämpää, ohjesignaalin siirto lukijalta tunnisteeseen ja vastaussignaalin lähetys tunnisteelta lukijalle. toteutetaan langattomalla tiedonsiirrolla.Tunnisteen vastaanottama radiotaajuusenergia tulisi jakaa kolmeen osaan, joita käytetään vastaavasti sirulle virransyötön muodostamiseen, signaalin demoduloimiseen (mukaan lukien komentosignaali ja synkronointikello) ja vasteen välittäjänä.

Nykyisen standardin UHF RFID:n toimintatilassa on seuraavat ominaisuudet: downlink-kanava ottaa käyttöön lähetystilan ja uplink-kanava ottaa käyttöön monitunnisteen jakamisen yksikanavaisen sekvenssivasteen tilan.Siksi se kuuluu tiedonsiirron kannalta simplex-toimintamuotoon.Kuitenkin, koska tunniste itse ei voi tarjota lähetyskantajaa, tunnistevasteen on tarjottava kantajalle lukijan apua.Sen vuoksi, kun tunniste vastaa, niin lähetystilan suhteen viestinnän molemmat päät ovat kaksisuuntaisessa toimintatilassa.

Eri toimintatiloissa tunnisteen käyttöön ottamat piiriyksiköt ovat erilaisia, ja eri piiriyksiköiden toimimiseen tarvittava teho on myös erilainen.Kaikki teho tulee tunnisteen vastaanottamasta radiotaajuusenergiasta.Siksi on välttämätöntä ohjata RF-energian jakautumista järkevästi ja tarvittaessa.

2. RF-energian käyttö eri työaikoina

Kun tunniste tulee lukijan RF-kenttään ja alkaa rakentaa tehoa, riippumatta siitä, minkä signaalin lukija tällä hetkellä lähettää, tunniste syöttää kaiken vastaanotetun RF-energian jännitteen kaksinkertaistavaan tasasuuntaajapiiriin lataamaan sirussa olevan energian varastointikondensaattorin. , mikä muodostaa sirun virtalähteen.

Kun lukija lähettää komentosignaalin, lukijan lähetyssignaali on komentodatalla koodattu signaali ja hajaspektrisekvenssin moduloima amplitudi.Tunnisteen vastaanottamassa signaalissa on kantoaaltokomponentteja ja sivukaistakomponentteja, jotka edustavat komentodataa ja hajaspektrisekvenssejä.Vastaanotetun signaalin kokonaisenergia, kantoaaltoenergia ja sivukaistakomponentit liittyvät modulaatioon.Tällä hetkellä modulaatiokomponenttia käytetään lähettämään komennon ja hajaspektrisekvenssin synkronointitiedot, ja kokonaisenergialla ladataan sirulla olevaa energian varastointikondensaattoria, joka samanaikaisesti alkaa syöttää virtaa sirulle. synkronoinnin erotuspiiri ja komentosignaalin demodulaatiopiiriyksikkö.Siksi sinä aikana, jolloin lukija lähettää käskyn, tunnisteen vastaanottamaa radiotaajuista energiaa käytetään tunnisteen lataamisen jatkamiseen, synkronointisignaalin purkamiseen, demoduloimiseen ja ohjesignaalin tunnistamiseen.Merkkienergian varastointikondensaattori on kelluvan varauksen virtalähdetilassa.

Kun tunniste vastaa lukijaan, lukijan lähetetty signaali on signaali, jota moduloi hajaspektrihajaspektrin sirunopeuden alinopeuskellon amplitudi.Tunnisteen vastaanottamassa signaalissa on kantoaaltokomponentteja ja sivukaistakomponentteja, jotka edustavat hajaspektrialibittinopeuden alinopeuskelloa.Tällä hetkellä modulaatiokomponenttia käytetään lähettämään hajaspektrisekvenssin sirunopeus ja kellonopeustiedot, ja kokonaisenergiaa käytetään lataamaan sirulla oleva energian varastointikondensaattori ja moduloimaan vastaanotettu data ja lähettämään vastaus lukija.Sirun synkronoinnin erotuspiiri ja vastaussignaalin modulointipiirin yksikkö syöttävät tehoa.Siksi sen ajanjakson aikana, jolloin lukija vastaanottaa vastauksen, tunniste vastaanottaa radiotaajuisen energian ja sitä käytetään tagin lataamisen jatkamiseen, sirun synkronointisignaali erotetaan ja vastausdata moduloidaan ja vastaus lähetetään.Merkkienergian varastointikondensaattori on kelluvan varauksen virtalähdetilassa.

Lyhyesti sanottuna sen lisäksi, että tunniste tulee lukijan RF-kenttään ja alkaa muodostaa virransyöttöjaksoa, tunniste syöttää kaiken vastaanotetun RF-energian jännitteen kaksinkertaistavaan tasasuuntaajapiiriin lataamaan sirussa olevan energian varastointikondensaattorin, mikä muodostaa sirun virtalähde.Tämän jälkeen tunniste poimii synkronoinnin vastaanotetusta radiotaajuussignaalista, toteuttaa komentodemoduloinnin tai moduloi ja lähettää vastausdataa, jotka kaikki käyttävät vastaanotettua radiotaajuusenergiaa.

3. RF-energiavaatimukset eri sovelluksissa

(1) Langattoman tehonsiirron RF-energiavaatimukset

Langaton tehonsiirto muodostaa virransyötön tunnisteelle, joten se vaatii sekä riittävän jännitteen sirupiirin ohjaamiseen että riittävän tehon ja jatkuvan virransyöttökyvyn.

Langattoman tehonsiirron teholähteen tarkoituksena on muodostaa virransyöttö vastaanottamalla lukijan RF-kenttäenergia ja jännitteen kaksinkertaistaminen, kun tunnisteessa ei ole virtalähdettä.Siksi sen vastaanottoherkkyyttä rajoittaa etupään tunnistusdiodiputken jännitehäviö.CMOS-sirujen osalta jännitteen kaksinkertaistamisen tasasuuntauksen vastaanottoherkkyys on -11 ja -0,7 dBm välillä, se on passiivisten tunnisteiden pullonkaula.

(2) RF-energiavaatimukset vastaanotetun signaalin havaitsemiseksi

Vaikka jännitteen kaksinkertaistamisen tasasuuntaus muodostaa sirun tehonsyötön, tunnisteen on jaettava osa vastaanotetusta radiotaajuusenergiasta signaalintunnistuspiirin muodostamiseksi, mukaan lukien komentosignaalin ilmaisu ja synkronisen kellon havaitseminen.Koska signaalin tunnistus suoritetaan sillä ehdolla, että tunnisteen virtalähde on muodostettu, etupään tunnistusdiodiputken jännitehäviö ei rajoita demodulaatioherkkyyttä, joten vastaanottoherkkyys on paljon suurempi kuin langattoman tehon. lähetyksen vastaanottoherkkyys, ja se kuuluu signaalin amplitudin ilmaisuun, eikä tehon voimakkuusvaatimusta ole.

(3) RF-energiavaatimukset tunnisteen vastetta varten

Kun tunniste vastaa lähetykseen, sen on synkronisen kellon havaitsemisen lisäksi suoritettava pseudo-PSK-modulointi vastaanotetulle kantoaallolle (joka sisältää kellomodulaatioverhokäyrän) ja suoritettava käänteinen lähetys.Tällä hetkellä vaaditaan tietty tehotaso, ja sen arvo riippuu lukijan etäisyydestä tunnisteeseen ja lukijan vastaanottoherkkyydestä.Koska lukijan työympäristö mahdollistaa monimutkaisempien mallien käytön, vastaanotin voi toteuttaa matalakohinaisen etupään suunnittelun ja koodijakoinen radiotaajuustunnistus käyttää hajaspektrimodulaatiota sekä hajaspektrivahvistusta ja PSK-järjestelmän vahvistusta. , lukijan herkkyys voidaan suunnitella riittävän korkeaksi.Jotta tarran paluusignaalin vaatimukset pienenevät tarpeeksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tunnisteen vastaanottama radiotaajuinen teho allokoidaan pääasiassa langattoman tehonsiirron jännitteen kaksinkertaisen tasasuuntausenergiana, ja sitten allokoidaan sopiva määrä tunnistesignaalin tunnistustasoa ja sopiva määrä paluumodulaatioenergiaa kohtuullisen energian saavuttamiseksi. jakelua ja varmistaa energian varastointikondensaattorin jatkuva lataus.on mahdollinen ja järkevä malli.

Voidaan nähdä, että passiivisten tunnisteiden vastaanottamalla radiotaajuisella energialla on erilaisia ​​sovellusvaatimuksia, joten tarvitaan radiotaajuisen tehonjakelun suunnittelu;radiotaajuusenergian sovellusvaatimukset eri työjaksoilla ovat erilaiset, joten tarvitaan radiotaajuisen tehonjakelun suunnittelu eri työjaksojen tarpeiden mukaan;Eri sovelluksissa on erilaiset vaatimukset RF-energialle, joista langaton tehonsiirto vaatii eniten tehoa, joten RF-tehon allokoinnin tulisi keskittyä langattoman tehonsiirron tarpeisiin.

Passiiviset UHF RFID -tunnisteet käyttävät langatonta tehonsiirtoa tunnisteen virtalähteen muodostamiseen.Siksi tehonsyötön hyötysuhde on erittäin alhainen ja virransyöttökyky erittäin heikko.Tunnistesiru on suunniteltava siten, että se kuluttaa vähän virtaa.Sirupiiri saa virtansa lataamalla ja purkamalla piirissä olevaa energian varastointikondensaattoria.Siksi tarran jatkuvan toiminnan varmistamiseksi energian varastointikondensaattoria on ladattava jatkuvasti.Tunnisteen vastaanottamalla radiotaajuisella energialla on kolme eri sovellusta: jännitteen kaksinkertaistaminen tehonsyötössä, komentosignaalin vastaanotto ja demodulointi sekä vastesignaalin modulointi ja lähetys.Niistä jännitteen kaksinkertaistavan tasasuuntauksen vastaanottoherkkyyttä rajoittaa tasasuuntaajadiodin jännitehäviö, josta tulee ilmarajapinta.pullonkaula.Tästä syystä signaalin vastaanotto ja demodulointi sekä vastesignaalin modulointi ja lähetys ovat perustoimintoja, jotka RFID-järjestelmän on varmistettava.Mitä vahvempi jännitteen kaksinkertaisen tasasuuntaajan virransyöttökyky on, sitä kilpailukykyisempi tuote on.Siksi kriteeri vastaanotetun RF-energian rationaaliselle jakamiselle tunnistejärjestelmän suunnittelussa on lisätä RF-energian syöttöä jännitteen kaksinkertaisen tasasuuntauksen avulla niin paljon kuin mahdollista sillä edellytyksellä, että varmistetaan vastaanotetun signaalin demodulaatio ja vasteen lähetys. signaali.