Novas

Como a parte máis básica da tecnoloxía pasiva da Internet das Cousas, as etiquetas pasivas RFID UHF foron amplamente utilizadas nunha gran cantidade de aplicacións como venda polo miúdo de supermercados, loxística e almacenamento, arquivos de libros, rastrexabilidade contra a falsificación, etc. Só en 2021, o mundo global. o importe do envío supera os 20.000 millóns.En aplicacións prácticas, en que depende exactamente o chip da etiqueta pasiva RFID UHF para subministrar enerxía?

As características da fonte de alimentación da etiqueta pasiva RFID UHF

1. Alimentado por enerxía sen fíos

A transmisión de enerxía sen fíos está facendo uso da radiación electromagnética sen fíos para transferir enerxía eléctrica dun lugar a outro.O proceso de traballo consiste en converter a enerxía eléctrica en enerxía de radiofrecuencia a través da oscilación de radiofrecuencia, e a enerxía de radiofrecuencia convértese en enerxía de campo electromagnético de radio a través da antena transmisora.A enerxía do campo electromagnético de radio propágase polo espazo e chega á antena receptora, despois é convertida de novo en enerxía de radiofrecuencia pola antena receptora e a onda de detección convértese en enerxía DC.

En 1896, o italiano Guglielmo Marchese Marconi inventou a radio, que realizaba a transmisión de sinais de radio polo espazo.En 1899, o estadounidense Nikola Tesla propuxo a idea de usar a transmisión de enerxía sen fíos e estableceu unha antena de 60 m de alto, a inductancia cargada no fondo, a capacidade cargada na parte superior en Colorado, usando unha frecuencia de 150 kHz para introducir 300 kW de potencia.Transmite a unha distancia de ata 42 km e obtén 10 kW de potencia de recepción sen fíos no extremo receptor.

A fonte de alimentación de etiqueta pasiva RFID UHF segue esta idea e o lector proporciona enerxía á etiqueta a través de radiofrecuencia.Non obstante, hai unha gran diferenza entre a fonte de alimentación de etiqueta pasiva RFID UHF e a proba de Tesla: a frecuencia é case dez mil veces maior e o tamaño da antena redúcese mil veces.Dado que a perda de transmisión sen fíos é proporcional ao cadrado da frecuencia e proporcional ao cadrado da distancia, está claro que o aumento da perda de transmisión é enorme.O modo de propagación sen fíos máis sinxelo é a propagación en espazo libre.A perda de propagación é inversamente proporcional ao cadrado da lonxitude de onda de propagación e proporcional ao cadrado da distancia.A perda de propagación no espazo libre é LS=20lg(4πd/λ).Se a unidade de distancia d é m e a unidade de frecuencia f é MHz, entón LS= -27,56+20lgd+20lgf.

O sistema RFID UHF baséase no mecanismo de transmisión de enerxía sen fíos.A etiqueta pasiva non ten a súa propia fonte de alimentación.Debe recibir a enerxía de radiofrecuencia emitida polo lector e establecer unha fonte de alimentación de CC mediante a rectificación de duplicación de tensión, o que significa establecer unha fonte de alimentación de CC a través da bomba de carga Dickson.

A distancia de comunicación aplicable da interface aérea RFID UHF está determinada principalmente pola potencia de transmisión do lector e a perda de propagación básica no espazo.A potencia de transmisión do lector RFID de banda UHF adoita estar limitada a 33 dBm.A partir da fórmula básica de perdas de propagación, ignorando outras posibles perdas, pódese calcular a potencia de RF que chega á etiqueta mediante a transmisión de enerxía sen fíos.A relación entre a distancia de comunicación da interface aérea RFID UHF e a perda de propagación básica e a potencia de RF que chega á etiqueta móstrase na táboa:

Na táboa pódese ver que a transmisión de enerxía sen fíos RFID UHF ten as características dunha gran perda de transmisión.Dado que RFID cumpre coas regras nacionais de comunicación a curta distancia, a potencia de transmisión do lector é limitada, polo que a etiqueta pode proporcionar baixa potencia.A medida que aumenta a distancia de comunicación, a enerxía de radiofrecuencia recibida pola etiqueta pasiva diminúe segundo a frecuencia e a capacidade de alimentación diminúe rapidamente.

2. Implementar a subministración de enerxía cargando e descargando capacitores de almacenamento de enerxía no chip

(1) Características de carga e descarga do capacitor

As etiquetas pasivas usan a transmisión de enerxía sen fíos para obter enerxía, convertela en tensión continua, cargar e almacenar os capacitores no chip e, a continuación, proporcionar enerxía á carga mediante a descarga.Polo tanto, o proceso de subministración de enerxía das etiquetas pasivas é o proceso de carga e descarga do capacitor.O proceso de establecemento é un proceso de carga puro e o proceso de subministración de enerxía é un proceso de descarga e carga suplementaria.A carga complementaria debe comezar antes de que a tensión de descarga alcance a tensión de alimentación mínima do chip.

(2) Parámetros de carga e descarga do capacitor

1) Parámetros de carga

Duración do tempo de carga: τC=RC×C

Tensión de carga:

corrente de recarga:

onde RC é a resistencia de carga e C é o capacitor de almacenamento de enerxía.

2) Parámetros de descarga

Duración do tempo de descarga: τD=RD×C

Tensión de descarga:

Corrente de descarga:

Na fórmula, RD é a resistencia de descarga e C é o capacitor de almacenamento de enerxía.

O anterior mostra as características da fonte de alimentación das etiquetas pasivas.Non é nin unha fonte de tensión constante nin unha fonte de corrente constante, senón a carga e descarga do capacitor de almacenamento de enerxía.Cando o capacitor de almacenamento de enerxía no chip se carga por riba da tensión de traballo V0 do circuíto do chip, pode proporcionar enerxía á etiqueta.Cando o capacitor de almacenamento de enerxía comeza a proporcionar enerxía, a súa tensión de alimentación comeza a caer.Cando cae por debaixo da tensión de funcionamento do chip V0, o capacitor de almacenamento de enerxía perde a súa capacidade de alimentación e o chip non pode seguir funcionando.Polo tanto, a etiqueta da interface aérea debe ter capacidade suficiente para recargala.

Pódese ver que o modo de subministración de enerxía das etiquetas pasivas é axeitado para as características da comunicación en ráfaga, e a fonte de alimentación das etiquetas pasivas tamén necesita o soporte de carga continua.

3 Balance de oferta e demanda

A fonte de alimentación de carga flotante é outro método de alimentación e a capacidade de carga flotante adáptase á capacidade de descarga.Pero todos teñen un problema común, é dicir, a fonte de alimentación das etiquetas pasivas RFID UHF necesita equilibrar a oferta e a demanda.

(1) Modo de subministración de enerxía para equilibrar a oferta e a demanda para a comunicación en ráfaga

O estándar actual ISO/IEC18000-6 de etiquetas pasivas RFID UHF pertence ao sistema de comunicación de explosión.Para as etiquetas pasivas, non se transmite ningún sinal durante o período de recepción.Aínda que o período de resposta recibe a onda portadora, é equivalente á adquisición da fonte de oscilación, polo que pode considerarse como traballo simplex.Camiño.Para esta aplicación, se o período de recepción se usa como período de carga do capacitor de almacenamento de enerxía e o período de resposta é o período de descarga do capacitor de almacenamento de enerxía, a cantidade igual de carga e descarga para manter o equilibrio entre oferta e demanda pasa a ser. condición necesaria para manter o funcionamento normal do sistema.A partir do mecanismo de alimentación da etiqueta pasiva UHF RFID mencionada anteriormente, pódese saber que a fonte de alimentación da etiqueta pasiva RFID UHF non é nin unha fonte de corrente constante nin unha fonte de tensión constante.Cando o capacitor de almacenamento de enerxía da etiqueta se carga a unha tensión superior á tensión de traballo normal do circuíto, a fonte de alimentación comeza;cando o capacitor de almacenamento de enerxía da etiqueta se descarga a unha tensión inferior á tensión de funcionamento normal do circuíto, a subministración de enerxía detense.

Para a comunicación de ráfaga, como a interface de aire RFID UHF de etiqueta pasiva, a carga pódese cargar antes de que a etiqueta envíe unha ráfaga de resposta, o suficiente para garantir que se pode manter a tensión suficiente ata que se complete a resposta.Polo tanto, ademais da radiación de radiofrecuencia suficientemente forte que pode recibir a etiqueta, o chip tamén debe ter unha capacidade suficientemente grande no chip e un tempo de carga suficientemente longo.Tamén hai que adaptar o consumo de enerxía da resposta da etiqueta e o tempo de resposta.Debido á distancia entre a etiqueta e o lector, o tempo de resposta é diferente, a área do capacitor de almacenamento de enerxía é limitada e outros factores poden ser difíciles de equilibrar a oferta e a demanda na división do tempo.

(2) Modo de alimentación flotante para comunicación continua

Para unha comunicación continua, para manter a subministración de enerxía ininterrompida do capacitor de almacenamento de enerxía, debe descargarse e cargarse ao mesmo tempo, e a velocidade de carga é semellante á velocidade de descarga, é dicir, a capacidade de alimentación mantense antes de a comunicación finaliza.

A identificación por radiofrecuencia de división de código de etiqueta pasiva e a norma ISO/IEC18000-6 de etiqueta pasiva UHF RFID teñen características comúns.O estado de recepción da etiqueta debe ser demodulado e descodificado, e o estado de resposta debe ser modulado e enviado.Polo tanto, debe deseñarse segundo unha comunicación continua.Sistema de alimentación de chip de etiqueta.Para que a taxa de carga sexa similar á taxa de descarga, a maior parte da enerxía recibida pola etiqueta debe utilizarse para cargar.

Recursos de RF compartidos

1. Front-end de RF para etiquetas pasivas

As etiquetas pasivas non só se usan como fonte de enerxía das etiquetas e tarxetas postais para a enerxía de radiofrecuencia dos lectores, senón que o máis importante é a transmisión do sinal de instrución do lector á etiqueta e a transmisión do sinal de resposta da etiqueta ao lector. realizado mediante transmisión de datos sen fíos.A enerxía de radiofrecuencia recibida pola etiqueta debe dividirse en tres partes, que se usan respectivamente para que o chip estableza a fonte de alimentación, demodule o sinal (incluíndo o sinal de comando e o reloxo de sincronización) e proporcione o portador de resposta.

O modo de traballo do estándar UHF RFID actual ten as seguintes características: a canle de enlace descendente adopta o modo de transmisión e a canle de enlace ascendente adopta o modo de resposta de secuencia dun só canle para compartir etiquetas múltiples.Polo tanto, en termos de transmisión de información, pertence ao modo de operación simplex.Non obstante, dado que a propia etiqueta non pode proporcionar a portadora de transmisión, a resposta da etiqueta debe proporcionarlle a portadora coa axuda do lector.Polo tanto, cando a etiqueta responde, no que se refire ao estado de envío, ambos os extremos da comunicación están nun estado de traballo dúplex.

En diferentes estados de traballo, as unidades de circuíto postas en funcionamento pola etiqueta son diferentes e a potencia necesaria para que funcionen as diferentes unidades de circuíto tamén é diferente.Toda a potencia provén da enerxía de radiofrecuencia que recibe a etiqueta.Polo tanto, é necesario controlar a distribución de enerxía de RF de forma razoable e cando corresponda.

2. Aplicación de enerxía RF en diferentes horarios de traballo

Cando a etiqueta entra no campo de RF do lector e comeza a xerar enerxía, sen importar o sinal que envíe o lector neste momento, a etiqueta fornecerá toda a enerxía de RF recibida ao circuíto rectificador de duplicación de voltaxe para cargar o capacitor de almacenamento de enerxía no chip. , establecendo así a fonte de alimentación do chip.

Cando o lector transmite o sinal de mando, o sinal de transmisión do lector é un sinal codificado polos datos de comando e a amplitude modulada pola secuencia de espectro espallado.Hai compoñentes portadores e compoñentes de banda lateral que representan datos de comandos e secuencias de espectro espallado no sinal recibido pola etiqueta.A enerxía total, a enerxía portadora e os compoñentes de banda lateral do sinal recibido están relacionados coa modulación.Neste momento, o compoñente de modulación utilízase para transmitir a información de sincronización do comando e da secuencia de espectro espallado, e a enerxía total utilízase para cargar o capacitor de almacenamento de enerxía no chip, que ao mesmo tempo comeza a proporcionar enerxía ao chip. circuíto de extracción de sincronización e unidade de circuíto de demodulación de sinal de mando.Polo tanto, durante o período no que o lector envía unha instrución, a enerxía de radiofrecuencia recibida pola etiqueta utilízase para que a etiqueta siga cargando, extraiga o sinal de sincronización, demodule e identifique o sinal de instrución.O capacitor de almacenamento de enerxía da etiqueta está nun estado de alimentación de carga flotante.

Cando a etiqueta responde ao lector, o sinal transmitido do lector é un sinal que está modulado pola amplitude do reloxo de subtaxa de velocidade de chip de espectro espallado.No sinal recibido pola etiqueta, hai compoñentes portadores e compoñentes de banda lateral que representan o reloxo de subtaxa de velocidade de chip de espectro espallado.Neste momento, o compoñente de modulación utilízase para transmitir a información do reloxo de velocidade e frecuencia do chip da secuencia de espectro espallado, e a enerxía total utilízase para cargar o capacitor de almacenamento de enerxía no chip e modular os datos recibidos e enviar unha resposta ao lector.O circuíto de extracción de sincronización de chip e a unidade de circuíto de modulación do sinal de resposta fornecen enerxía.Polo tanto, durante o período no que o lector recibe a resposta, a etiqueta recibe a enerxía de radiofrecuencia e úsase para que a etiqueta continúe cargando, extráese o sinal de sincronización do chip e modúlanse os datos de resposta e envíase a resposta.O capacitor de almacenamento de enerxía da etiqueta está nun estado de alimentación de carga flotante.

En resumo, ademais de que a etiqueta entra no campo de RF do lector e comeza a establecer un período de subministración de enerxía, a etiqueta proporcionará toda a enerxía de RF recibida a un circuíto rectificador de duplicación de voltaxe para cargar o capacitor de almacenamento de enerxía no chip, establecendo así unha fonte de alimentación de chip.Posteriormente, a etiqueta extrae a sincronización do sinal de radiofrecuencia recibido, implementa a demodulación de comandos ou modula e transmite datos de resposta, todos os cales utilizan a enerxía de radiofrecuencia recibida.

3. Requisitos de enerxía de RF para diferentes aplicacións

(1) Requisitos de enerxía de RF para a transmisión de enerxía sen fíos

A transferencia de enerxía sen fíos establece a fonte de alimentación para a etiqueta, polo que require tanto voltaxe suficiente para conducir o circuíto de chip como potencia suficiente e capacidade de alimentación continua.

A fonte de alimentación da transmisión de enerxía sen fíos é establecer a fonte de alimentación recibindo a enerxía do campo de RF do lector e a rectificación de duplicación de voltaxe cando a etiqueta non ten fonte de alimentación.Polo tanto, a súa sensibilidade de recepción está limitada pola caída de tensión do tubo de díodo de detección frontal.Para os chips CMOS, a sensibilidade de recepción da rectificación de duplicación de voltaxe está entre -11 e -0,7 dBm, é o pescozo de botella das etiquetas pasivas.

(2) Requisitos de enerxía de RF para a detección do sinal recibido

Aínda que a rectificación de duplicación de tensión establece a fonte de alimentación do chip, a etiqueta debe dividir unha parte da enerxía de radiofrecuencia recibida para proporcionar un circuíto de detección de sinal, incluíndo a detección de sinal de comando e a detección de reloxo síncrono.Debido a que a detección do sinal realízase a condición de que se estableza a fonte de alimentación da etiqueta, a sensibilidade de demodulación non está limitada pola caída de tensión do tubo de díodo de detección frontal, polo que a sensibilidade de recepción é moito maior que a potencia sen fíos. Sensibilidade de recepción de transmisión, e pertence á detección de amplitude do sinal, e non hai ningún requisito de forza de potencia.

(3) Requisitos de enerxía de RF para a resposta das etiquetas

Cando a etiqueta responde ao envío, ademais de detectar o reloxo síncrono, tamén precisa realizar unha modulación pseudo-PSK na portadora recibida (que contén a envolvente de modulación do reloxo) e realizar a transmisión inversa.Neste momento, é necesario un certo nivel de potencia, e o seu valor depende da distancia do lector á etiqueta e da sensibilidade do lector para recibir.Dado que o ambiente de traballo do lector permite o uso de deseños máis complexos, o receptor pode implementar un deseño frontal de baixo ruído, e a identificación de radiofrecuencia por división de código usa modulación de espectro espallado, así como a ganancia de espectro espallado e a ganancia do sistema PSK. , a sensibilidade do lector pode deseñarse para ser o suficientemente alta.Para que os requisitos para o sinal de retorno da etiqueta se reduzan o suficiente.

En resumo, a potencia de radiofrecuencia recibida pola etiqueta atribúese principalmente como a enerxía de rectificación do duplicador de tensión de transmisión sen fíos e, a continuación, a cantidade adecuada de nivel de detección de sinal de etiqueta e a cantidade adecuada de enerxía de modulación de retorno son asignadas para acadar unha enerxía razoable. distribución e garantir a carga continua do condensador de almacenamento de enerxía.é un deseño posible e razoable.

Pódese ver que a enerxía de radiofrecuencia recibida polas etiquetas pasivas ten varios requisitos de aplicación, polo que é necesario un deseño de distribución de enerxía de radiofrecuencia;os requisitos de aplicación da enerxía de radiofrecuencia en diferentes períodos de traballo son diferentes, polo que é necesario ter un deseño de distribución de enerxía de radiofrecuencia segundo as necesidades dos diferentes períodos de traballo;As diferentes aplicacións teñen diferentes requisitos para a enerxía de RF, entre as que a transmisión de enerxía sen fíos require a maior potencia, polo que a asignación de enerxía de RF debe centrarse nas necesidades de transmisión de enerxía sen fíos.

As etiquetas pasivas RFID UHF usan a transmisión de enerxía sen fíos para establecer unha fonte de alimentación de etiquetas.Polo tanto, a eficiencia da fonte de alimentación é moi baixa e a capacidade de alimentación é moi débil.O chip de etiqueta debe estar deseñado cun baixo consumo de enerxía.O circuíto do chip é alimentado cargando e descargando o capacitor de almacenamento de enerxía no chip.Polo tanto, para garantir o funcionamento continuo da etiqueta, o capacitor de almacenamento de enerxía debe cargarse continuamente.A enerxía de radiofrecuencia recibida pola etiqueta ten tres aplicacións diferentes: rectificación de duplicación de tensión para a fonte de alimentación, recepción e demodulación do sinal de mando e modulación e transmisión do sinal de resposta.Entre eles, a sensibilidade de recepción da rectificación de duplicación de tensión está restrinxida pola caída de tensión do díodo rectificador, que se converte nunha interface de aire.pescozo de botella.Por este motivo, a recepción e demodulación do sinal e a modulación e transmisión do sinal de resposta son as funcións básicas que debe garantir o sistema RFID.Canto máis forte sexa a capacidade de alimentación da etiqueta do rectificador dobrador de tensión, máis competitivo será o produto.Polo tanto, o criterio para distribuír racionalmente a enerxía de RF recibida no deseño do sistema de etiquetas é aumentar o subministro de enerxía de RF mediante a rectificación do dobrador de tensión na medida do posible baixo a premisa de garantir a demodulación do sinal recibido e a transmisión da resposta. sinal.