hírek

A passzív Internet of Things technológia legalapvetőbb részeként az UHF RFID passzív címkéket széles körben alkalmazzák számos alkalmazásban, például szupermarketekben, logisztikában és raktározásban, könyvarchívumokban, hamisítás elleni nyomon követhetőségben stb. a szállítási összeg meghaladja a 20 milliárdot.A gyakorlati alkalmazásokban pontosan mire támaszkodik az UHF RFID passzív címke chipje az áramellátásban?

Az UHF RFID passzív címke tápegység jellemzői

1. Vezeték nélküli tápellátás

A vezeték nélküli energiaátvitel vezeték nélküli elektromágneses sugárzást használ az elektromos energia egyik helyről a másikra történő átvitelére.A munkafolyamat az elektromos energia rádiófrekvenciás energiává alakítása rádiófrekvenciás oszcillációval, és a rádiófrekvenciás energiát rádió-elektromágneses térenergiává alakítják át az adóantennán keresztül.A rádió elektromágneses tér energiája a térben terjed és eléri a vevőantennát, majd a vevőantenna visszaalakul rádiófrekvenciás energiává, és a detektáló hullám egyenáramú energiává válik.

1896-ban az olasz Guglielmo Marchese Marconi feltalálta a rádiót, amely megvalósította a rádiójelek átvitelét az űrben.1899-ben az amerikai Nikola Tesla felvetette a vezeték nélküli energiaátvitel ötletét, és egy 60 méter magas antennát hozott létre, amely 60 méter magas, alul induktivitása, felső kapacitása Coloradóban, 150 kHz-es frekvenciával 300 kW teljesítmény bemenetére.Akár 42 km-es távolságon keresztül továbbít, és 10 kW vezeték nélküli vételi teljesítményt kap a vevő oldalon.

Az UHF RFID passzív címke tápegység ezt az elgondolást követi, és az olvasó rádiófrekvencián keresztül látja el a címkét.Az UHF RFID passzív tag tápegység és a Tesla teszt között azonban óriási különbség van: a frekvencia közel tízezerszerese, az antenna mérete pedig ezerszeresére csökken.Mivel a vezeték nélküli átviteli veszteség arányos a frekvencia négyzetével és arányos a távolság négyzetével, nyilvánvaló, hogy az átviteli veszteség növekedése óriási.A legegyszerűbb vezeték nélküli terjedési mód a szabad térben történő terjedés.A terjedési veszteség fordítottan arányos a terjedési hullámhossz négyzetével és arányos a távolság négyzetével.A szabad tér terjedési vesztesége LS=20lg(4πd/λ).Ha a d távolság mértékegysége m és az f frekvencia egysége MHz, akkor LS= -27,56+20lgd+20lgf.

Az UHF RFID rendszer a vezeték nélküli energiaátviteli mechanizmuson alapul.A passzív címkének nincs saját tápegysége.Fogadnia kell az olvasó által kibocsátott rádiófrekvenciás energiát, és egyenáramú tápellátást kell létrehoznia feszültségduplázási egyenirányítással, ami azt jelenti, hogy egyenáramú tápellátást hoz létre a Dickson töltőszivattyún keresztül.

Az UHF RFID légi interfész alkalmazható kommunikációs távolságát elsősorban az olvasó átviteli teljesítménye és az alapvető térbeli terjedési veszteség határozza meg.Az UHF sávú RFID olvasó adási teljesítménye általában 33 dBm-re korlátozódik.Az alapvető terjedési veszteség képletből, figyelmen kívül hagyva az egyéb lehetséges veszteségeket, kiszámítható a vezeték nélküli energiaátvitelen keresztül a címkét elérő RF teljesítmény.Az UHF RFID légi interfész kommunikációs távolsága és az alapvető terjedési veszteség, valamint a címkét elérő RF teljesítmény közötti összefüggést a táblázat mutatja:

A táblázatból látható, hogy az UHF RFID vezeték nélküli energiaátvitel nagy átviteli veszteséggel rendelkezik.Mivel az RFID megfelel a nemzeti rövidtávú kommunikációs szabályoknak, az olvasó átviteli teljesítménye korlátozott, így a címke alacsony energiaellátást biztosít.A kommunikációs távolság növekedésével a passzív címke által vett rádiófrekvenciás energia a frekvenciának megfelelően csökken, és a tápegység kapacitása gyorsan csökken.

2. Az áramellátás megvalósítása chipen található energiatároló kondenzátorok töltésével és kisütésével

(1) A kondenzátor töltési és kisütési jellemzői

A passzív címkék vezeték nélküli energiaátvitelt használnak az energia nyerésére, egyenfeszültséggé alakítására, a chipen lévő kondenzátorok feltöltésére és tárolására, majd kisütésen keresztül táplálják a terhelést.Ezért a passzív címkék tápellátási folyamata a kondenzátor töltési és kisütési folyamata.A létrehozási folyamat egy tiszta töltési folyamat, az áramellátás folyamata pedig egy kisütési és kiegészítő töltési folyamat.A kiegészítő töltést meg kell kezdeni, mielőtt a kisülési feszültség elérné a chip minimális tápfeszültségét.

(2) A kondenzátor töltési és kisütési paraméterei

1) Töltési paraméterek

Töltési idő hossza: τC=RC×C

Töltési feszültség:

töltőáram:

ahol RC a töltőellenállás és C az energiatároló kondenzátor.

2) Kisülési paraméterek

Kisülési idő hossza: τD=RD×C

Kisülési feszültség:

Kisülési áram:

A képletben RD a kisülési ellenállás, C pedig az energiatároló kondenzátor.

A fentiek a passzív címkék tápellátási jellemzőit mutatják be.Nem állandó feszültségforrás és nem állandó áramforrás, hanem az energiatároló kondenzátor töltése és kisütése.Ha a chipen lévő energiatároló kondenzátor a chip áramkör V0 üzemi feszültsége fölé van töltve, akkor képes táplálni a címkét.Amikor az energiatároló kondenzátor elkezd áramot szolgáltatni, tápfeszültsége csökkenni kezd.Ha a chip V0 üzemi feszültsége alá esik, az energiatároló kondenzátor elveszíti tápellátási képességét, és a chip nem tud tovább működni.Ezért a légi interfész címkéjének elegendő kapacitással kell rendelkeznie a címke újratöltéséhez.

Látható, hogy a passzív címkék tápmódja alkalmas a burst kommunikáció jellemzőire, illetve a passzív címkék tápellátása is igényli a folyamatos töltés támogatását.

3 Kereslet és kínálat egyensúlya

A lebegő töltésű tápegység egy másik tápellátási mód, és a lebegő töltési tápegység kapacitása a kisütési kapacitáshoz van igazítva.De mindegyiknek van egy közös problémája, vagyis az UHF RFID passzív címkék tápellátásának egyensúlyba kell hoznia a keresletet és a kínálatot.

(1) A kínálat és a kereslet egyensúlya tápellátási mód sorozatos kommunikációhoz

Az UHF RFID passzív címkék jelenlegi ISO/IEC18000-6 szabványa a burst kommunikációs rendszerhez tartozik.Passzív címkék esetén a vételi periódus alatt nem továbbítanak jelet.Bár a válaszperiódus fogadja a vivőhullámot, ez egyenértékű az oszcillációs forrás megszerzésével, tehát szimplex munkának tekinthető.Út.Ebben az alkalmazásban, ha a vételi periódus az energiatároló kondenzátor töltési periódusa, és a válaszidő az energiatároló kondenzátor kisütési periódusa, akkor a kereslet és a kínálat egyensúlyának fenntartása érdekében egyenlő mennyiségű töltés és kisütés válik be. a rendszer normál működésének fenntartásához szükséges feltétel.A fent említett UHF RFID passzív címke tápellátási mechanizmusából tudható, hogy az UHF RFID passzív címke tápegysége sem nem állandó áramforrás, sem nem állandó feszültségforrás.Amikor a címke energiatároló kondenzátort az áramkör normál üzemi feszültségénél magasabb feszültségre töltjük, a tápegység elindul;amikor a címke energiatároló kondenzátort az áramkör normál üzemi feszültségénél alacsonyabb feszültségre kisütik, a tápellátás leáll.

Burst kommunikációnál, például passzív címkés UHF RFID levegő interfésznél, a töltés feltölthető, mielőtt a címke válaszsorozatot küldene, ami elegendő ahhoz, hogy elegendő feszültség maradjon fenn a válasz befejezéséig.Ezért amellett, hogy elég erős rádiófrekvenciás sugárzást tud fogadni a címke, a chipnek elég nagy kapacitással és elég hosszú töltési idővel is rendelkeznie kell.A címkére adott válasz energiafogyasztását és válaszidejét is módosítani kell.A címke és az olvasó közötti távolság miatt eltérő a válaszidő, korlátozott az energiatároló kondenzátor területe és egyéb tényezők, nehéz lehet a kereslet és a kínálat egyensúlya időosztásban.

(2) Lebegő tápegység üzemmód a folyamatos kommunikációhoz

A folyamatos kommunikációhoz az energiatároló kondenzátor zavartalan tápellátásának fenntartása érdekében egyszerre kell kisütni és tölteni, és a töltési sebesség hasonló a kisütési sebességhez, azaz a tápegység kapacitása megmarad, mielőtt a kommunikáció megszakad.

A passzív címke kódosztásos rádiófrekvenciás azonosítás és az UHF RFID passzív címke jelenlegi ISO/IEC18000-6 szabvány közös jellemzőkkel rendelkezik.A címke fogadási állapotát demodulálni és dekódolni, a válaszállapotot pedig modulálni és elküldeni.Ezért a folyamatos kommunikáció szerint kell kialakítani.Tag chip áramellátó rendszer.Ahhoz, hogy a töltési sebesség hasonló legyen a kisütési sebességhez, a címke által kapott energia nagy részét a töltéshez kell felhasználni.

Megosztott RF erőforrások

1. RF front-end passzív címkék számára

A passzív címkék nem csak a címkék és képeslapok energiaforrásaként szolgálnak az olvasók rádiófrekvenciás energiájához, hanem ami még fontosabb, az utasításjel továbbítása az olvasótól a címkéhez és a válaszjel átvitele a címkétől az olvasóhoz. vezeték nélküli adatátvitellel valósul meg.A címke által kapott rádiófrekvenciás energiát három részre kell osztani, amelyeket a chip számára az áramellátás létrehozására, a jel demodulálására (beleértve a parancsjelet és a szinkronizálási órát) és a válaszvivő biztosítására használjuk.

A jelenlegi szabványos UHF RFID működési módja a következő jellemzőkkel rendelkezik: a lefelé irányuló csatorna a broadcast módot, a felfelé irányuló csatorna pedig a többcímkés megosztás egycsatornás szekvenciaválasz módját veszi át.Ezért információátvitel szempontjából a szimplex működési módhoz tartozik.Mivel azonban maga a címke nem tudja biztosítani az átviteli hordozót, a címkeválasznak biztosítania kell a hordozót az olvasó segítségével.Ezért amikor a címke válaszol, ami a küldő állapotot illeti, a kommunikáció mindkét vége duplex működési állapotban van.

Különböző üzemállapotokban a címke által üzembe helyezett áramköri egységek eltérőek, és a különböző áramköri egységek működéséhez szükséges teljesítmény is eltérő.Az összes teljesítmény a címke által kapott rádiófrekvenciás energiából származik.Ezért szükséges a rádiófrekvenciás energiaelosztás ésszerű és megfelelő szabályozása.

2. RF energia alkalmazása különböző munkaidőben

Amikor a címke belép az olvasó rádiófrekvenciás mezőjébe, és elkezd áramot építeni, függetlenül attól, hogy milyen jelet küld az olvasó, a címke az összes vett rádiófrekvenciás energiát továbbítja a feszültségduplázó egyenirányító áramkörbe, hogy feltöltse a chipen lévő energiatároló kondenzátort. , ezáltal megteremtve a chip tápellátását.

Amikor az olvasó továbbítja a parancsjelet, az olvasó átviteli jele a parancsadatok által kódolt és a szórt spektrumú szekvenciával modulált amplitúdójel.Vannak vivőkomponensek és oldalsáv-komponensek, amelyek parancsadatokat és szórt spektrumszekvenciákat képviselnek a címke által vett jelben.A vett jel teljes energiája, vivőenergiája és oldalsávi összetevői a modulációhoz kapcsolódnak.Ekkor a modulációs komponens a parancs és a szórt spektrum sorozat szinkronizálási információinak továbbítására szolgál, a teljes energiát pedig a chipen lévő energiatároló kondenzátor töltésére, amely egyidejűleg megkezdi a chip áramellátását. szinkronizáló kihúzó áramkör és a parancsjel demoduláló áramkör egység.Ezért abban az időszakban, amikor az olvasó utasítást küld, a címke által kapott rádiófrekvenciás energiát arra használják fel, hogy a címke tovább töltse, kivonja a szinkronizáló jelet, demodulálja és azonosítsa az utasításjelet.A címke energiatároló kondenzátor lebegő töltésű tápellátási állapotban van.

Amikor a címke válaszol az olvasónak, az olvasó által továbbított jel egy olyan jel, amelyet a szórt spektrumú szórt spektrum chipsebességű részsebességű órajelének amplitúdója modulál.A címke által vett jelben vannak vivőkomponensek és oldalsávi komponensek, amelyek a szórt spektrumú chipsebességű részsebességű órajelet képviselik.Ekkor a modulációs komponenst a szórt spektrumú sorozat chipsebességének és órajelének továbbítására használják, a teljes energiát pedig a chipen lévő energiatároló kondenzátor feltöltésére, a fogadott adatok modulálására és válasz küldésére használják fel a olvasó.A chip szinkronizáló kivonó áramkör és a válaszjel modulációs áramkör egység tápellátást biztosít.Ezért abban az időszakban, amikor az olvasó megkapja a választ, a címke megkapja a rádiófrekvenciás energiát, és arra használják fel, hogy a címke folytassa a töltést, a chip szinkronizáló jelét kivonják, a válaszadatokat modulálják, és elküldik a választ.A címke energiatároló kondenzátor lebegő töltésű tápellátási állapotban van.

Röviden, amellett, hogy a címke belép az olvasó RF mezőjébe, és megkezdi az áramellátási periódus létrehozását, a címke az összes vett RF energiát egy feszültségduplázó egyenirányító áramkörbe juttatja, hogy feltöltse a chipen lévő energiatároló kondenzátort, ezáltal létrehozva. chip tápegység.Ezt követően a címke kivonja a szinkronizálást a vett rádiófrekvenciás jelből, végrehajtja a parancsdemodulációt, vagy modulálja és továbbítja a válaszadatokat, amelyek mindegyike a vett rádiófrekvenciás energiát használja fel.

3. RF energiaigények különböző alkalmazásokhoz

(1) A vezeték nélküli energiaátvitel rádiófrekvenciás energiakövetelményei

A vezeték nélküli energiaátvitel biztosítja a címke tápellátását, így elegendő feszültségre van szükség a chip áramkör meghajtásához, valamint elegendő teljesítményre és folyamatos tápellátásra.

A vezeték nélküli energiaátvitel tápegysége a tápellátást úgy hozza létre, hogy fogadja az olvasó rádiófrekvenciás mezőenergiáját és a feszültség megduplázását egyenirányítja, ha a címke nem rendelkezik tápellátással.Ezért vételi érzékenységét korlátozza az elülső érzékelő diódacső feszültségesése.A CMOS chipek esetében a feszültségduplázó egyenirányítás vételi érzékenysége -11 és -0,7 dBm között van, ez a passzív címkék szűk keresztmetszete.

(2) RF energiakövetelmények a vett jel észleléséhez

Míg a feszültségduplázó egyenirányítás létrehozza a chip tápellátását, a címkének meg kell osztania a vett rádiófrekvenciás energia egy részét, hogy jelérzékelő áramkört biztosítson, beleértve a parancsjel-érzékelést és a szinkron óraérzékelést.Mivel a jelfelismerést azzal a feltétellel hajtják végre, hogy a címke tápellátása létrejött, a demodulációs érzékenységet nem korlátozza a front-end érzékelő dióda cső feszültségesése, így a vételi érzékenység sokkal nagyobb, mint a vezeték nélküli teljesítmény adás vételi érzékenysége, és a jelamplitúdó érzékeléshez tartozik, és nincs teljesítményerősségi követelmény.

(3) A címkeválasz rádiófrekvenciás energiakövetelményei

Amikor a címke válaszol a küldésre, a szinkron óra érzékelése mellett pszeudo-PSK modulációt is kell végrehajtania a vett vivőn (amely tartalmazza az óramodulációs burkológörbét), és meg kell valósítania a fordított átvitelt.Ekkor egy bizonyos teljesítményszintre van szükség, és ennek értéke az olvasó címkéhez való távolságától és az olvasó vételi érzékenységétől függ.Mivel az olvasó munkakörnyezete lehetővé teszi bonyolultabb kialakítások használatát, a vevő alacsony zajszintű front-end kialakítást valósíthat meg, a kódosztásos rádiófrekvenciás azonosítás pedig szórt spektrumú modulációt, valamint szórt spektrumerősítést és PSK rendszererősítést alkalmaz. , az olvasó érzékenysége elég magasra tervezhető.Annak érdekében, hogy a címke visszatérő jelére vonatkozó követelmények kellően csökkenjenek.

Összefoglalva, a címke által kapott rádiófrekvenciás teljesítményt főként a vezeték nélküli energiaátviteli feszültség-duplázó egyenirányító energiájaként osztják fel, majd a megfelelő mennyiségű címkejel-észlelési szintet és a megfelelő mennyiségű visszatérő modulációs energiát allokálják az ésszerű energia eléréséhez. elosztását és az energiatároló kondenzátor folyamatos töltését biztosítják.lehetséges és ésszerű kialakítás.

Látható, hogy a passzív címkék által vett rádiófrekvenciás energiának különféle alkalmazási követelményei vannak, ezért rádiófrekvenciás energiaelosztási tervezésre van szükség;a rádiófrekvenciás energia alkalmazási követelményei a különböző munkaidőszakokban eltérőek, ezért szükséges a különböző munkaidőszakok igényeinek megfelelő rádiófrekvenciás energiaelosztás kialakítása;A különböző alkalmazások eltérő követelményeket támasztanak a rádiófrekvenciás energiával szemben, amelyek közül a vezeték nélküli energiaátvitel igényli a legtöbb energiát, ezért az RF teljesítményallokációnak a vezeték nélküli energiaátvitel igényeire kell összpontosítania.

Az UHF RFID passzív címkék vezeték nélküli energiaátvitelt használnak a címke tápegységének létrehozásához.Emiatt a tápegység hatásfoka rendkívül alacsony, a tápegység képessége pedig nagyon gyenge.A tag chipet alacsony energiafogyasztással kell megtervezni.A chip áramkört a chipen lévő energiatároló kondenzátor töltése és kisütése táplálja.Ezért a címke folyamatos működése érdekében az energiatároló kondenzátort folyamatosan tölteni kell.A címke által fogadott rádiófrekvenciás energiának három különböző felhasználási területe van: a feszültség megkétszerező egyenirányítása a tápellátáshoz, a parancsjelek vétele és demodulálása, valamint a válaszjel modulációja és átvitele.Közülük a feszültségkettőző egyenirányítás vételi érzékenységét az egyenirányító dióda feszültségesése korlátozza, amely légi interfésszel válik.palacknyak.Emiatt a jel vétele és demodulálása, valamint a válaszjel moduláció és továbbítás az alapvető funkciók, amelyeket az RFID rendszernek biztosítania kell.Minél erősebb a feszültségduplázó egyenirányító címke tápellátási képessége, annál versenyképesebb a termék.Ezért a fogadott rádiófrekvenciás energia racionális elosztásának kritériuma a címkerendszer kialakítása során az RF energiaellátás feszültségduplázó egyenirányítással történő lehető legnagyobb mértékű növelése a vett jel demodulációja és a válasz továbbítása mellett. jel.