Vijesti

Kao najosnovniji dio pasivne tehnologije Interneta stvari, UHF RFID pasivne oznake naširoko su korištene u velikom broju aplikacija kao što su maloprodaja u supermarketima, logistika i skladištenje, arhive knjiga, sljedivost protiv krivotvorina itd. Samo 2021., globalno iznos isporuke je više od 20 milijardi.U praktičnim primjenama, na što se točno oslanja čip UHF RFID pasivne oznake za napajanje?

Karakteristike napajanja UHF RFID pasivne oznake

1. Pokreće se bežičnim napajanjem

Bežični prijenos energije koristi bežično elektromagnetsko zračenje za prijenos električne energije s jednog mjesta na drugo.Radni proces je pretvaranje električne energije u radiofrekventnu energiju putem radiofrekventnih oscilacija, a radiofrekventna energija se pretvara u radioelektromagnetsko polje putem odašiljačke antene.Energija radioelektromagnetskog polja širi se kroz prostor i dolazi do prijemne antene, zatim se pretvara natrag u radiofrekventnu energiju pomoću prijemne antene, a detekcijski val postaje istosmjerna energija.

Godine 1896. Talijan Guglielmo Marchese Marconi izumio je radio, čime je ostvaren prijenos radio signala kroz svemir.Godine 1899. Amerikanac Nikola Tesla predložio je ideju o korištenju bežičnog prijenosa energije i postavio antenu visoku 60 m, induktivnost napunjenu na dnu, kapacitivnost napunjenu na vrhu u Coloradu, koristeći frekvenciju od 150 kHz za unos 300 kW snage.Odašilje na udaljenosti do 42 km i dobiva 10kW bežične prijemne snage na prijemnom kraju.

UHF RFID napajanje pasivne oznake slijedi ovu ideju, a čitač napaja oznaku putem radio frekvencije.Međutim, postoji ogromna razlika između napajanja UHF RFID pasivne oznake i Tesla testa: frekvencija je gotovo deset tisuća puta veća, a veličina antene smanjena je tisuću puta.Budući da je gubitak bežičnog prijenosa proporcionalan kvadratu frekvencije i proporcionalan kvadratu udaljenosti, jasno je da je povećanje gubitka prijenosa ogromno.Najjednostavniji bežični način širenja je širenje u slobodnom prostoru.Gubitak širenja obrnuto je proporcionalan kvadratu valne duljine širenja i proporcionalan kvadratu udaljenosti.Gubitak širenja u slobodnom prostoru je LS=20lg(4πd/λ).Ako je jedinica udaljenosti d m, a jedinica frekvencije f MHz, tada je LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID sustav temelji se na bežičnom mehanizmu prijenosa energije.Pasivna oznaka nema vlastito napajanje.Treba primiti radiofrekvencijsku energiju koju emitira čitač i uspostaviti istosmjerno napajanje putem ispravljanja udvostručenja napona, što znači uspostaviti istosmjerno napajanje preko Dicksonove pumpe za punjenje.

Primjenjiva komunikacijska udaljenost UHF RFID zračnog sučelja uglavnom je određena snagom prijenosa čitača i osnovnim gubitkom širenja u prostoru.Snaga prijenosa RFID čitača UHF pojasa obično je ograničena na 33dBm.Iz osnovne formule za gubitke širenja, zanemarujući sve druge moguće gubitke, može se izračunati RF snaga koja dopire do oznake bežičnim prijenosom energije.Odnos između komunikacijske udaljenosti UHF RFID zračnog sučelja i osnovnog gubitka širenja i RF snage koja doseže oznaku prikazan je u tablici:

Iz tablice se može vidjeti da UHF RFID bežični prijenos energije ima karakteristike velikog gubitka prijenosa.Budući da je RFID u skladu s nacionalnim pravilima komunikacije na kratke udaljenosti, snaga prijenosa čitača je ograničena, tako da oznaka može isporučiti malu snagu.Kako se komunikacijska udaljenost povećava, radiofrekventna energija koju prima pasivna oznaka smanjuje se sukladno frekvenciji, a kapacitet napajanja brzo opada.

2. Implementirajte napajanje punjenjem i pražnjenjem kondenzatora za pohranu energije na čipu

(1) Karakteristike punjenja i pražnjenja kondenzatora

Pasivne oznake koriste bežični prijenos energije za dobivanje energije, pretvaraju je u istosmjerni napon, pune i pohranjuju kondenzatore na čipu, a zatim napajaju opterećenje kroz pražnjenje.Stoga je proces napajanja pasivnih oznaka proces punjenja i pražnjenja kondenzatora.Proces uspostavljanja je čisti proces punjenja, a proces napajanja je proces pražnjenja i dodatnog punjenja.Dodatno punjenje mora započeti prije nego što napon pražnjenja dosegne minimalni napon napajanja čipa.

(2) Parametri punjenja i pražnjenja kondenzatora

1) Parametri punjenja

Duljina vremena punjenja: τC=RC×C

Napon punjenja:

struja punjenja:

gdje je RC otpornik za punjenje, a C kondenzator za pohranu energije.

2) Parametri pražnjenja

Duljina vremena pražnjenja: τD=RD×C

Napon pražnjenja:

Struja pražnjenja:

U formuli, RD je otpor pražnjenja, a C je kondenzator za pohranu energije.

Gore prikazane karakteristike napajanja pasivnih oznaka.To nije niti izvor konstantnog napona niti izvor konstantne struje, već punjenje i pražnjenje kondenzatora za pohranu energije.Kada se kondenzator za pohranu energije na čipu napuni iznad radnog napona V0 kruga čipa, on može napajati oznaku.Kada kondenzator za pohranu energije počne davati energiju, njegov napon napajanja počinje padati.Kada padne ispod radnog napona čipa V0, kondenzator za pohranu energije gubi sposobnost napajanja i čip ne može nastaviti s radom.Stoga bi oznaka zračnog sučelja trebala imati dovoljan kapacitet za ponovno punjenje oznake.

Može se vidjeti da je način napajanja pasivnih oznaka prikladan za karakteristike rafalne komunikacije, a napajanje pasivnih oznaka također treba podršku kontinuiranog punjenja.

3 Ravnoteža ponude i potražnje

Plutajuće napajanje za punjenje još je jedna metoda napajanja, a kapacitet napajanja za pomično punjenje prilagođen je kapacitetu pražnjenja.Ali svi imaju zajednički problem, a to je da napajanje UHF RFID pasivnih oznaka mora uravnotežiti ponudu i potražnju.

(1) Način napajanja ravnoteže ponude i potražnje za burst komunikaciju

Trenutačni standard ISO/IEC18000-6 UHF RFID pasivnih oznaka pripada burst komunikacijskom sustavu.Za pasivne oznake, signal se ne odašilje tijekom razdoblja prijema.Iako razdoblje odziva prima val nosilac, ono je ekvivalentno dobivanju izvora oscilacije, pa se može smatrati jednostavnim radom.Put.Za ovu primjenu, ako se razdoblje primanja koristi kao razdoblje punjenja kondenzatora za pohranu energije, a razdoblje odgovora je razdoblje pražnjenja kondenzatora za pohranu energije, jednaka količina punjenja i pražnjenja za održavanje ravnoteže ponude i potražnje postaje nužan uvjet za održavanje normalnog rada sustava.Iz mehanizma napajanja gore spomenute UHF RFID pasivne oznake može se znati da napajanje UHF RFID pasivne oznake nije niti izvor stalne struje niti izvor konstantnog napona.Kada se kondenzator za pohranu energije napuni na napon viši od normalnog radnog napona kruga, počinje napajanje;kada se kondenzator za pohranu energije oznake isprazni na napon niži od normalnog radnog napona kruga, napajanje se zaustavlja.

Za burst komunikaciju, kao što je pasivna oznaka UHF RFID zračno sučelje, punjenje se može napuniti prije nego što oznaka pošalje burst odgovora, dovoljno da se osigura da se dovoljan napon može održavati dok se odgovor ne završi.Stoga, osim dovoljno jakog radiofrekvencijskog zračenja koje oznaka može primiti, čip također mora imati dovoljno veliki kapacitet na čipu i dovoljno dugo vrijeme punjenja.Potrošnja energije odgovora oznake i vrijeme odziva također se moraju prilagoditi.Zbog udaljenosti između oznake i čitača, vrijeme odziva je drugačije, područje kondenzatora za pohranu energije je ograničeno i drugih čimbenika, može biti teško uravnotežiti ponudu i potražnju u vremenskoj podjeli.

(2) Plutajući način napajanja za kontinuiranu komunikaciju

Za kontinuiranu komunikaciju, kako bi se održalo neprekinuto napajanje kondenzatora za pohranu energije, mora se isprazniti i puniti u isto vrijeme, a brzina punjenja je slična brzini pražnjenja, odnosno kapacitet napajanja održava se prije komunikacija je prekinuta.

Pasivna radiofrekvencijska identifikacija kodne oznake i UHF RFID pasivna oznaka trenutni standard ISO/IEC18000-6 imaju zajedničke karakteristike.Stanje primanja oznake treba demodulirati i dekodirati, a stanje odgovora treba modulirati i poslati.Stoga ga treba oblikovati prema kontinuiranoj komunikaciji.Tag chip sustav napajanja.Da bi brzina punjenja bila slična brzini pražnjenja, većina energije koju primi oznaka mora se koristiti za punjenje.

Zajednički RF resursi

1. RF prednji dio za pasivne oznake

Pasivne oznake ne koriste se samo kao izvor energije oznaka i razglednica za radiofrekvencijsku energiju iz čitača, već je još važnije prijenos signala uputa od čitača do oznake i prijenos signala odgovora od oznake do čitača. ostvaren bežičnim prijenosom podataka.Energija radio frekvencije koju prima oznaka treba se podijeliti u tri dijela, koji se redom koriste za čip za uspostavljanje napajanja, demoduliranje signala (uključujući naredbeni signal i sinkronizacijski sat) i osiguravanje nositelja odgovora.

Radni način trenutnog standardnog UHF RFID-a ima sljedeće karakteristike: kanal silazne veze usvaja način emitiranja, a kanal uzlazne veze usvaja način dijeljenja više oznaka s jednokanalnim sekvencijskim odgovorom.Stoga u pogledu prijenosa informacija spada u simpleks način rada.Međutim, budući da sama oznaka ne može dati nositelja prijenosa, odgovor oznake mora osigurati nositelja uz pomoć čitača.Stoga, kada oznaka odgovori, što se tiče stanja slanja, oba kraja komunikacije su u dvostrukom radnom stanju.

U različitim radnim stanjima, jedinice strujnog kruga koje koristi oznaka su različite, a snaga potrebna za rad različitih jedinica strujnog kruga također je različita.Sva snaga dolazi od radiofrekventne energije koju prima oznaka.Stoga je potrebno kontrolirati distribuciju RF energije razumno i kada je to prikladno.

2. Primjena RF energije u različitim radnim satima

Kada oznaka uđe u RF polje čitača i počne stvarati snagu, bez obzira kakav signal čitač pošalje u tom trenutku, oznaka će opskrbiti svu primljenu RF energiju krugu ispravljača za udvostručenje napona kako bi se napunio kondenzator za pohranu energije na čipu , čime se uspostavlja napajanje čipa.

Kada čitač odašilje naredbeni signal, prijenosni signal čitača je signal kodiran naredbenim podacima i amplitudom moduliranom nizom proširenog spektra.Postoje komponente nosača i komponente bočnog pojasa koje predstavljaju podatke o naredbama i sekvence proširenog spektra u signalu koji prima oznaka.Ukupna energija, energija nositelja i komponente bočnog pojasa primljenog signala povezane su s modulacijom.U ovom se trenutku modulacijska komponenta koristi za prijenos informacija o sinkronizaciji naredbe i niza raširenog spektra, a ukupna energija se koristi za punjenje kondenzatora za pohranu energije na čipu, koji istovremeno počinje opskrbljivati ​​energijom čip. sklop za izdvajanje sinkronizacije i jedinica sklopa za demodulaciju naredbenog signala.Stoga, tijekom perioda kada čitač šalje instrukciju, radiofrekventna energija koju je primila oznaka koristi se da bi se oznaka nastavila puniti, izdvojiti signal sinkronizacije, demodulirati i identificirati signal instrukcije.Kondenzator za pohranu energije oznake nalazi se u stanju napajanja s promjenjivim nabojem.

Kada oznaka odgovori čitaču, odaslani signal čitača je signal koji je moduliran amplitudom podbrzine takta brzine čipa proširenog spektra proširenog spektra.U signalu koji prima oznaka, postoje komponente nositelja i komponente bočnog pojasa koje predstavljaju takt podbrzine brzine čipa proširenog spektra.U ovom se trenutku komponenta modulacije koristi za prijenos podataka o brzini čipa i taktu brzine sekvence proširenog spektra, a ukupna energija se koristi za punjenje kondenzatora za pohranu energije na čipu i modulaciju primljenih podataka i slanje odgovora na čitač.Krug za izdvajanje sinkronizacije čipa i jedinica modulacije signala odgovora napajaju se strujom.Stoga, tijekom perioda kada čitač primi odgovor, oznaka prima radiofrekvencijsku energiju i koristi se za nastavak punjenja oznake, signal sinkronizacije čipa se izdvaja i podaci o odgovoru se moduliraju i odgovor se šalje.Kondenzator za pohranu energije oznake nalazi se u stanju napajanja s promjenjivim nabojem.

Ukratko, osim što oznaka ulazi u RF polje čitača i počinje uspostavljati razdoblje napajanja, oznaka će opskrbiti svu primljenu RF energiju ispravljačkom krugu za udvostručenje napona za punjenje kondenzatora za pohranu energije na čipu, čime se uspostavlja napajanje čipom.Naknadno, oznaka izvlači sinkronizaciju iz primljenog radiofrekvencijskog signala, implementira demodulaciju naredbe ili modulira i prenosi podatke o odgovoru, a sve to koristi primljenu radiofrekvencijsku energiju.

3. Zahtjevi RF energije za različite primjene

(1) Zahtjevi RF energije za bežični prijenos energije

Bežični prijenos energije uspostavlja napajanje za oznaku, tako da zahtijeva i dovoljan napon za pokretanje kruga čipa, kao i dovoljnu snagu i mogućnost kontinuiranog napajanja.

Napajanje bežičnog prijenosa energije je uspostavljanje napajanja primanjem energije RF polja čitača i ispravljanjem udvostručenja napona kada oznaka nema napajanje.Stoga je njegova prijemna osjetljivost ograničena padom napona prednje detekcijske diodne cijevi.Za CMOS čipove, prijemna osjetljivost ispravljanja udvostručenja napona je između -11 i -0,7 dBm, to je usko grlo pasivnih oznaka.

(2) Zahtjevi RF energije za detekciju primljenog signala

Dok ispravljanje udvostručenjem napona uspostavlja napajanje čipa, oznaka treba podijeliti dio primljene radiofrekventne energije kako bi osigurala krug detekcije signala, uključujući detekciju signala naredbe i detekciju sinkronog sata.Budući da se detekcija signala izvodi pod uvjetom da je uspostavljeno napajanje oznake, osjetljivost demodulacije nije ograničena padom napona prednje detekcijske diodne cijevi, tako da je osjetljivost prijema puno veća od bežične snage Prijemna osjetljivost prijenosa, a pripada detekciji amplitude signala, i nema zahtjeva za snagom snage.

(3) Zahtjevi RF energije za odziv oznake

Kada oznaka odgovori na slanje, osim otkrivanja sinkronog takta, također treba izvršiti pseudo-PSK modulaciju na primljenom nosaču (koji sadrži omotnicu modulacije takta) i ostvariti povratni prijenos.U ovom trenutku potrebna je određena razina snage, a njezina vrijednost ovisi o udaljenosti čitača od oznake i osjetljivosti čitača na prijem.Budući da radna okolina čitača dopušta korištenje složenijih dizajna, prijamnik može implementirati niskošumni front-end dizajn, a radiofrekvencijska identifikacija kodne podjele koristi modulaciju proširenog spektra, kao i pojačanje proširenog spektra i pojačanje PSK sustava , osjetljivost čitača može biti dovoljno visoka.Tako da su zahtjevi za povratni signal naljepnice dovoljno smanjeni.

Ukratko, radiofrekvencijska snaga koju prima oznaka uglavnom se dodjeljuje kao energija ispravljanja udvostručitelja napona bežičnog prijenosa energije, a zatim se dodjeljuje odgovarajuća količina razine detekcije signala oznake i odgovarajuća količina energije povratne modulacije kako bi se postigla razumna energija raspodjelu i osigurati kontinuirano punjenje kondenzatora za pohranu energije.je moguć i razuman dizajn.

Može se vidjeti da radiofrekventna energija koju primaju pasivne oznake ima različite zahtjeve za primjenu, tako da je potreban dizajn distribucije radiofrekvencijske snage;zahtjevi primjene radiofrekventne energije u različitim radnim razdobljima su različiti, stoga je potrebno imati dizajn distribucije radiofrekvencijske energije prema potrebama različitih radnih perioda;Različite aplikacije imaju različite zahtjeve za RF energijom, među kojima bežični prijenos energije zahtijeva najviše energije, tako da se dodjela RF snage treba usredotočiti na potrebe bežičnog prijenosa energije.

UHF RFID pasivne oznake koriste bežični prijenos energije za uspostavljanje napajanja oznake.Stoga je učinkovitost napajanja iznimno niska, a sposobnost napajanja vrlo slaba.Tag čip mora biti dizajniran s niskom potrošnjom energije.Krug čipa napaja se punjenjem i pražnjenjem kondenzatora za pohranu energije na čipu.Stoga, kako bi se osigurao kontinuirani rad naljepnice, kondenzator za pohranu energije mora se neprekidno puniti.Energija radiofrekvencije koju prima oznaka ima tri različite primjene: ispravljanje udvostručenjem napona za napajanje, prijem i demodulacija naredbenog signala te modulacija i prijenos odgovornog signala.Među njima, prijemna osjetljivost ispravljanja s udvostručenjem napona ograničena je padom napona ispravljačke diode, koja postaje zračno sučelje.usko grlo.Iz tog razloga su primanje i demodulacija signala te modulacija i prijenos odgovornog signala osnovne funkcije koje RFID sustav mora osigurati.Što je veća sposobnost napajanja oznake ispravljača za udvostručenje napona, to je proizvod konkurentniji.Stoga je kriterij za racionalnu distribuciju primljene RF energije u dizajnu sustava oznaka povećati opskrbu RF energijom ispravljanjem udvostručitelja napona što je više moguće pod pretpostavkom osiguravanja demodulacije primljenog signala i prijenosa odgovora. signal.