Nijs

As it meast basale diel fan passive Internet of Things technology, UHF RFID passive tags binne in soad brûkt yn in grut oantal tapassingen lykas supermerk retail, logistyk en warehousing, boek argiven, anty-ferfalsking traceability, ensfh Allinnich yn 2021, wrâldwiid shipping bedrach is mear as 20 miljard.Yn praktyske tapassingen, wat krekt fertrout de chip fan de UHF RFID passive tag op te leverjen macht?

De macht oanbod skaaimerken fan UHF RFID passive tag

1. Oandreaun troch draadloze macht

Draadloze krêftoerdracht makket gebrûk fan draadloze elektromagnetyske strieling om elektryske enerzjy fan it iene plak nei it oare oer te bringen.It wurkproses is om elektryske enerzjy te konvertearjen yn radiofrekwinsje-enerzjy fia radiofrekwinsjeoscillaasje, en de radiofrekwinsje-enerzjy wurdt omboud ta radio-elektromagnetyske fjildenerzjy fia de útstjoerantenne.De radio-elektromagnetyske fjildenerzjy propagearret troch de romte en berikt de ûntfangende antenne, dan wurdt it werom omsetten nei radiofrekwinsje-enerzjy troch de ûntfangende antenne, en de deteksjewelle wurdt DC-enerzjy.

Yn 1896 betocht de Italjaanske Guglielmo Marchese Marconi de radio, dy't de oerdracht fan radiosinjalen oer de romte realisearre.Yn 1899 stelde de Amerikaan Nikola Tesla it idee foar om draadloze krêftferfier te brûken, en fêstige in antenne dy't 60m heech is, induktânsje laden yn 'e boaiem, kapasitânsje laden boppe yn Colorado, mei in frekwinsje fan 150kHz om 300kW macht yn te fieren.It stjoert oer in ôfstân fan maksimaal 42km, en krijt 10kW oan draadloze ûntfangende krêft by it ûntfangende ein.

UHF RFID passive tag Netzteil folget dit idee, en de lêzer leveret macht oan de tag fia radio frekwinsje.D'r is lykwols in enoarm ferskil tusken UHF RFID-passive tag-voeding en Tesla-test: de frekwinsje is hast tsientûzen kear heger, en de antennegrutte wurdt tûzen kear fermindere.Sûnt draadloze oerdrachtferlies is evenredich mei it kwadraat fan 'e frekwinsje en evenredich mei it kwadraat fan' e ôfstân, is it dúdlik dat de tanimming fan oerdrachtferlies enoarm is.De ienfâldichste modus foar draadloze fuortplanting is fersprieding fan frije romte.It fuortplantingsferlies is omkeard evenredich mei it kwadraat fan 'e fuortplantingsgolflingte en evenredich mei it kwadraat fan 'e ôfstân.It fuortplantingsferlies foar frije romte is LS=20lg(4πd/λ).As de ienheid fan ôfstân d m is en de ienheid fan frekwinsje f MHz is, dan is LS = -27.56+20lgd+20lgf.

It UHF RFID-systeem is basearre op it meganisme foar draadloze machttransmission.De passive tag hat gjin eigen macht oanbod.It moat de radiofrekwinsje-enerzjy ûntfange dy't troch de lêzer útstjoerd wurdt en in DC-voeding fêstigje fia spanningsdûbelrjochtrjochting, wat betsjut dat in DC-voedingsfoarsjenning fia Dickson-ladingspomp fêstigje.

De tapaslike kommunikaasjeôfstân fan 'e UHF RFID-loftynterface wurdt benammen bepaald troch de oerdrachtkrêft fan' e lêzer en it basisferspriedingsferlies yn 'e romte.UHF-band RFID-lêzer-útstjoerkrêft wurdt normaal beheind ta 33dBm.Fanút de basisfoarm foar fuortplantingferlies, negearjen fan alle oare mooglike ferliezen, kin de RF-krêft dy't de tag berikt fia draadloze krêftoerdracht wurde berekkene.De relaasje tusken de kommunikaasjeôfstân fan 'e UHF RFID-luchtynterface en it basisferspriedingsferlies en de RF-krêft dy't de tag berikt wurde yn' e tabel werjûn:

It kin wurde sjoen út 'e tabel dat UHF RFID draadloze macht oerdracht hat de skaaimerken fan grutte oerdracht ferlies.Sûnt RFID foldocht oan de nasjonale koarte-ôfstân kommunikaasje regels, de oerdracht macht fan de lêzer is beheind, sadat de tag kin leverje lege macht.As de kommunikaasjeôfstân tanimt, nimt de radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch de passive tag ôf neffens de frekwinsje, en de kapasiteit fan 'e stroomfoarsjenning nimt rap ôf.

2. Implementearje macht oanbod troch opladen en ûntlêsten on-chip enerzjy opslach capacitors

(1) Capacitor lading en discharge skaaimerken

Passive tags brûke draadloze krêfttransmission om enerzjy te krijen, it omsette yn DC-spanning, de op-chip-kondensatoren op te laden en op te slaan, en leverje dan krêft oan 'e lading troch ûntlading.Dêrom is it proses fan stroomfoarsjenning fan passive tags it proses fan opladen en ûntladen fan kondensatoren.It oprjochtingsproses is in suver oplaadproses, en it proses foar stroomfoarsjenning is in ûntslach- en oanfoljend oplaadproses.It oanfoljende opladen moat begjinne foardat de ûntladingsspanning de minimale leveringsspanning fan 'e chip berikt.

(2) Parameters foar lading en ûntlading fan kondensator

1) Opladen parameters

Laadtiid lingte: τC=RC×C

Laadspanning:

oplaadstroom:

dêr't RC is de oplaad wjerstân en C is de enerzjy opslach capacitor.

2) Discharge parameters

Discharge tiid lingte: τD = RD × C

Discharge spanning:

Discharge stroom:

Yn 'e formule is RD de ûntladingsferset, en C is de enerzjyopslachkondensator.

It boppesteande toant de macht oanbod skaaimerken fan passive tags.It is gjin konstante spanningsboarne noch in konstante stroomboarne, mar it opladen en ûntladen fan 'e enerzjyopslachkondensator.As de op-chip-enerzjy-opslachkondensator wurdt opladen boppe de wurkspanning V0 fan it chipcircuit, kin it stroom leverje oan it tag.As de enerzjy opslach capacitor begjint te leverjen macht, syn macht oanbod spanning begjint te fallen.As it falt ûnder de chipbestjoeringsspanning V0, ferliest de enerzjyopslachkondensator syn kapasiteit foar machtferliening en kin de chip net trochgean te wurkjen.Dêrom moat de loftynterface-tag genôch kapasiteit hawwe om de tag op te laden.

It kin sjoen wurde dat de macht oanbod modus fan passive tags is geskikt foar de skaaimerken fan burst kommunikaasje, en de macht oanbod fan passive tags ek nedich de stipe fan trochgeande opladen.

3 Balâns fan fraach en oanbod

Floating opladen Netzteil is in oare Netzteil metoade, en de driuwende opladen Netzteil kapasiteit is oanpast oan de discharge kapasiteit.Mar se hawwe allegear in mienskiplik probleem, dat is, de macht oanbod fan UHF RFID passive tags moat lykwicht oanbod en fraach.

(1) Oanbod en fraach lykwicht macht oanbod modus foar burst kommunikaasje

De hjoeddeistige standert ISO / IEC18000-6 fan UHF RFID passive tags heart ta it burstkommunikaasjesysteem.Foar passive tags wurdt gjin sinjaal oerbrocht yn 'e ûntfangstperioade.Hoewol de antwurdperioade de dragerwelle ûntfangt, is it lykweardich oan it oernimmen fan 'e oscillaasjeboarne, sadat it kin wurde beskôge as simplekswurk.Wei.Foar dizze applikaasje, as de ûntfangstperioade wurdt brûkt as de oplaadperioade fan 'e enerzjyopslachkondensator, en de antwurdperioade is de ûntlaadperioade fan' e enerzjyopslachkondensator, wurdt it gelikense bedrach fan lading en ûntlading om it lykwicht fan oanbod en fraach te behâlden. in needsaaklike betingst om de normale wurking fan it systeem te behâlden.It kin bekend wurde út it meganisme foar macht oanbod fan de boppeneamde UHF RFID passive tag dat de macht oanbod fan de UHF RFID passive tag is noch in konstante hjoeddeistige boarne noch in konstante spanning boarne.Wannear't de tag enerzjy opslach capacitor wurdt belêste nei in spanning heger as de normale wurkjende spanning fan it circuit, de macht oanbod begjint;doe't de tag enerzjy opslach capacitor wurdt ôffierd nei in spanning leger as de normale bestjoeringssysteem spanning fan it circuit, de macht oanbod wurdt stoppe.

Foar burstkommunikaasje, lykas passive tag UHF RFID-luchtynterface, kin de lading wurde opladen foardat de tag in antwurdburst stjoert, genôch om te soargjen dat genôch spanning kin wurde behâlden oant it antwurd foltôge is.Dêrom, neist de sterk genôch radiofrekwinsje strieling dat de tag kin ûntfange, de chip is ek ferplichte om in grut genôch on-chip capacitance en in lang genôch oplaad tiid.It enerzjyferbrûk fan 'e tag-antwurd en de reaksjetiid moatte ek oanpast wurde.Fanwegen de ôfstân tusken de tag en de lêzer is de reaksjetiid oars, it gebiet fan 'e enerzjyopslachkondensator is beheind en oare faktoaren kin it lestich wêze om it oanbod en fraach yn' e tiidferdieling te balansearjen.

(2) Floating Netzteil modus foar trochgeande kommunikaasje

Foar trochgeande kommunikaasje, om de ûnûnderbrutsen stroomfoarsjenning fan 'e enerzjyopslachkondensator te behâlden, moat it tagelyk wurde ûntslein en opladen, en de oplaadsnelheid is fergelykber mei de ûntlaadsnelheid, dat is, de kapasiteit fan' e enerzjyfoarsjenning wurdt bewarre foardat de kommunikaasje wurdt beëinige.

Passive tag koade divyzje radio frekwinsje identifikaasje en UHF RFID passive tag hjoeddeistige standert ISO / IEC18000-6 hawwe mienskiplike skaaimerken.De tag ûntfangst steat moat wurde demodulated en dekodearre, en de antwurd steat moat wurde modulearre en ferstjoerd.Dêrom moat it ûntwurpen wurde neffens trochgeande kommunikaasje.Tag chip Netzteil systeem.Om it oplaadtempo te fergelykjen mei it ûntlaadtempo, moat it grutste part fan 'e enerzjy ûntfongen troch de tag wurde brûkt foar opladen.

Dielde RF-boarnen

1. RF front-end foar passive tags

Passive tags wurde net allinich brûkt as de krêftboarne fan 'e tags en ansichtkaarten oan' e radiofrekwinsje-enerzjy fan 'e lêzers, mar noch wichtiger, de oerdracht fan ynstruksjesinjaal fan 'e lêzer nei de tag en de oerdracht fan antwurdsinjaal fan 'e tag nei de lêzer binne realisearre troch draadloze gegevensoerdracht.De radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch de tag moat wurde ferdield yn trije dielen, dy't respektivelik wurde brûkt foar de chip om de stroomfoarsjenning te fêstigjen, it sinjaal te demodulearjen (ynklusyf it kommandosinjaal en syngronisaasjeklok) en de antwurddrager te leverjen.

De wurkmodus fan 'e hjoeddeistige standert UHF RFID hat de folgjende skaaimerken: it downlink-kanaal nimt de útstjoermodus oan, en it uplink-kanaal nimt de modus oan fan multi-tag dielen fan ien-kanaal folchoarder.Dêrom, yn termen fan oerdracht fan ynformaasje, heart it ta de simplex modus fan wurking.Om't de tag sels de oerdrachtdrager lykwols net kin leverje, moat de tag-antwurd de drager leverje mei help fan 'e lêzer.Dêrom, doe't de tag reagearret, wat de stjoerende steat oanbelanget, binne beide úteinen fan 'e kommunikaasje yn in dupleks wurkjende steat.

Yn ferskate wurkjende steaten binne de sirkwy-ienheden dy't troch de tag oan it wurk binne oars, en de krêft dy't nedich is foar ferskate sirkwy-ienheden om te wurkjen is ek oars.Alle krêft komt fan 'e radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch de tag.Dêrom is it needsaaklik om de distribúsje fan RF-enerzjy ridlik en as passend te kontrolearjen.

2. RF-enerzjyapplikaasje yn ferskate wurktiden

As de tag it RF-fjild fan 'e lêzer yngiet en begjint macht op te bouwen, nettsjinsteande hokker sinjaal de lêzer op dit stuit stjoert, sil de tag alle ûntfongen RF-enerzjy leverje oan it spanningsdûbele gelykrjochter circuit om de enerzjyopslachkondensator op chip op te laden , dêrmei it fêststellen fan de chip syn macht oanbod.

As de lêzer it kommandosinjaal útstjoert, is it oerdrachtsinjaal fan 'e lêzer in sinjaal kodearre troch de kommandogegevens en amplitude modulearre troch de ferspriedingsspektrumsekwinsje.D'r binne dragerkomponinten en sydbânkomponinten dy't kommandogegevens en ferspriedingsspektrumsekwinsjes fertsjintwurdigje yn it sinjaal ûntfongen troch de tag.De totale enerzjy, drager-enerzjy, en sydbânkomponinten fan it ûntfongen sinjaal binne relatearre oan modulaasje.Op dit stuit wurdt de modulaasjekomponint brûkt om de syngronisaasjeynformaasje fan it kommando en de ferspriedingsspektrum te ferstjoeren, en de totale enerzjy wurdt brûkt om de op-chip-enerzjy-opslachkondensator op te laden, dy't tagelyk begjint te leverjen oan 'e on-chip syngronisaasje ekstraksje circuit en it kommando sinjaal demodulation circuit unit.Dêrom, yn 'e perioade dat de lêzer in ynstruksje stjoert, wurdt de radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch de tag brûkt foar de tag om troch te laden, it syngronisaasjesinjaal te ekstrahearjen, it ynstruksjesinjaal te demodulearjen en te identifisearjen.De tag-enerzjy-opslachkondensator is yn in steat fan driuwende lading.

As de tag reagearret op 'e lêzer, is it oerdroegen sinjaal fan' e lêzer in sinjaal dat wurdt modulearre troch de amplitude fan 'e spriedingspektrum spriedingspektrum chiprate subrate klok.Yn it sinjaal ûntfongen troch de tag binne d'r dragerkomponinten en sydbânkomponinten dy't de subrateklok fan 'e spriedspektrum-chiprate fertsjintwurdigje.Op dit stuit wurdt de modulaasjekomponint brûkt om de chiprate en rateklokynformaasje fan 'e ferspriedingsspektrumsekwinsje oer te stjoeren, en de totale enerzjy wurdt brûkt om de op-chip enerzjyopslachkondensator op te laden en de ûntfongen gegevens te modulen en in antwurd te stjoeren nei de lêzer.De chip syngronisaasje ekstraksje circuit en it antwurd sinjaal modulaasje circuit ienheid leverje macht.Dêrom, yn 'e perioade wêryn de lêzer it antwurd ûntfangt, ûntfangt de tag de radiofrekwinsje-enerzjy en wurdt brûkt foar de tag om troch te laden, it chipsyngronisaasjesinjaal wurdt ekstrahearre en de antwurdgegevens wurde modulearre en it antwurd wurdt ferstjoerd.De tag-enerzjy-opslachkondensator is yn in steat fan driuwende lading.

Koartsein, neist de tag dy't it RF-fjild fan 'e lêzer yngiet en begjint mei it fêstigjen fan in stroomfoarsjenningsperioade, sil de tag alle ûntfongen RF-enerzjy leverje oan in spanning-dûbele lykrjochterkring om de op-chip-enerzjy-opslachkondensator op te laden, en dêrmei fêst te stellen in chip Netzteil.Dêrnei ekstrahearret de tag syngronisaasje út it ûntfongen radiofrekwinsjesinjaal, ymplementearret kommando-demodulaasje, of modulearret en stjoert antwurdgegevens út, dy't allegear de ûntfongen radiofrekwinsje-enerzjy brûke.

3. RF enerzjy easken foar ferskate applikaasjes

(1) RF-enerzjy easken foar draadloze macht oerdracht

Triedleaze macht oerdracht stelt de macht oanbod foar de tag, dus it fereasket sawol genôch spanning te riden de chip circuit, en genôch macht en trochgeande macht oanbod kapasiteit.

De stroomfoarsjenning fan draadloze stroomoerdracht is om de stroomfoarsjenning te fêstigjen troch de RF-fjildenerzjy fan 'e lêzer te ûntfangen en rektifikaasje fan spanningsdûbeling as de tag gjin stroomfoarsjenning hat.Dêrom wurdt syn ûntfangende gefoelichheid beheind troch de spanningsfal fan 'e front-end-deteksjediodebuis.Foar CMOS-chips is de ûntfangende gefoelichheid fan spanningsdûbelrjochting tusken -11 en -0.7dBm, it is it knelpunt fan passive tags.

(2) RF-enerzjyeasken foar ûntfangst sinjaaldeteksje

Wylst de spanning ferdûbeling rectification fêststelt de chip Netzteil, de tag moat diele in diel fan de ûntfongen radio frekwinsje enerzjy te foarsjen in sinjaal detection circuit, ynklusyf kommando sinjaal detection en syngroane klok detection.Om't de sinjaaldeteksje wurdt útfierd ûnder de betingst dat de voeding fan 'e tag is fêststeld, wurdt de demodulaasjegefoelichheid net beheind troch de spanningsfal fan' e front-end-deteksjediodebuis, sadat de ûntfangende gefoelichheid folle heger is as de draadloze krêft transmission ûntfangende gefoelichheid, en it heart ta it sinjaal amplitude detection, en der is gjin macht sterkte eask.

(3) RF enerzjy easken foar tag antwurd

As de tag reagearret op it ferstjoeren, moat it, neist it opspoaren fan de syngroane klok, ek pseudo-PSK-modulaasje útfiere op 'e ûntfongen drager (befettet de klokmodulaasje-envelope) en reverse-transmission realisearje.Op dit stuit is in bepaald krêftnivo fereaske, en de wearde dêrfan hinget ôf fan 'e ôfstân fan' e lêzer nei de tag en de gefoelichheid fan 'e lêzer om te ûntfangen.Om't de wurkomjouwing fan 'e lêzer it brûken fan mear komplekse ûntwerpen mooglik makket, kin de ûntfanger in front-end-ûntwerp mei leech lûd ymplementearje, en de koadeferdieling fan radiofrekwinsje-identifikaasje brûkt spriedingsspektrummodulaasje, lykas spriedspektrumfersterking en PSK-systeemwinst , kin de gefoelichheid fan 'e lêzer wurde ûntwurpen om heech genôch te wêzen.Sadat de easken foar it weromkommende sinjaal fan it label genôch wurde fermindere.

Gearfetsjend, de radiofrekwinsje krêft ûntfongen troch de tag wurdt benammen tawiisd as de draadloze macht oerdracht spanning doubler rectification enerzjy, en dan de passende hoemannichte fan tag sinjaal deteksje nivo en de passende hoemannichte werom modulaasje enerzjy wurde tawiisd te berikken in ridlike enerzjy distribúsje en soargje foar de trochgeande opladen fan de enerzjy opslach capacitor.is in mooglik en ridlik ûntwerp.

It kin sjoen wurde dat de radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch passive tags ferskate applikaasjeeasken hat, sadat in ûntwerp foar radiofrekwinsje-krêftferdieling fereaske is;de tapassingseasken fan radiofrekwinsje-enerzjy yn ferskate wurkperioaden binne oars, dus it is nedich om in ûntwerp foar radiofrekwinsje-krêftferdieling te hawwen neffens de behoeften fan ferskate wurkperioaden;Ferskillende applikaasjes hawwe ferskillende easken foar RF-enerzjy, wêrûnder draadloze krêftoerdracht de measte krêft fereasket, sadat RF-krêftallokaasje moat rjochtsje op 'e behoeften fan draadloze krêftoerdracht.

Passive UHF RFID-tags brûke draadloze stroomtransmission om in tag-netspanningsfoarsjenning te fêstigjen.Dêrom is de effisjinsje fan 'e macht oanbod ekstreem leech en de macht oanbod macht is tige swak.De tag-chip moat wurde ûntwurpen mei leech enerzjyferbrûk.It chipcircuit wurdt oandreaun troch it opladen en ûntladen fan de op-chip-enerzjy-opslachkondensator.Dêrom, om de trochgeande wurking fan it label te garandearjen, moat de enerzjyopslachkondensator kontinu wurde opladen.De radiofrekwinsje-enerzjy ûntfongen troch de tag hat trije ferskillende tapassingen: spanning-dûbele rektifikaasje foar stroomfoarsjenning, ûntfangst en demodulaasje fan kommandosinjaal, en modulaasje en oerdracht fan antwurdsinjaal.Under harren, de ûntfangende gefoelichheid fan spanning-dûbeling rectification wurdt beheind troch de spanning drop fan de lykrjochter diode, dat wurdt in lucht ynterface.flessehals.Om dizze reden binne sinjaalûntfangst en demodulaasje en antwurdsinjaalmodulaasje en oerdracht de basisfunksjes dy't it RFID-systeem moat soargje.Hoe sterker de macht oanbod fan 'e spanning dûbele gelykrichter tag, hoe konkurrearjender it produkt.Dêrom is it kritearium foar rasjoneel fersprieden fan de ûntfongen RF-enerzjy yn it ûntwerp fan it tagsysteem om de RF-enerzjyfoarsjenning safolle mooglik te fergrutsjen troch spanningsdûbelrrjochting safolle mooglik op it útgongspunt fan it garandearjen fan de demodulaasje fan it ûntfongen sinjaal en de oerdracht fan it antwurd sinjaal.