Жаңалықтар

Пассивті Интернет заттар технологиясының ең негізгі бөлігі ретінде UHF RFID пассивті тегтері супермаркеттердің бөлшек саудасы, логистика және қойма, кітап мұрағаты, контрафактілік бақылау және т.б. сияқты көптеген қосымшаларда кеңінен қолданылды. Тек 2021 жылы жаһандық жөнелту сомасы 20 миллиардтан астам.Практикалық қолданбаларда UHF RFID пассивті тегінің чипі қуат беру үшін дәл неге сүйенеді?

UHF RFID пассивті тегінің қуат көзінің сипаттамалары

1. Сымсыз қуатпен жұмыс істейді

Сымсыз қуат беру дегеніміз электр энергиясын бір жерден екінші жерге тасымалдау үшін сымсыз электромагниттік сәулеленуді пайдалану.Жұмыс процесі радиожиілік тербелісі арқылы электр энергиясын радиожиілік энергиясына түрлендіру болып табылады, ал радиожиілік энергиясы таратушы антенна арқылы радиоэлектромагниттік өріс энергиясына айналады.Радиоэлектромагниттік өріс энергиясы кеңістікте таралады және қабылдау антеннасына жетеді, содан кейін ол қабылдау антеннасы арқылы қайтадан радиожиілік энергиясына түрленеді, ал анықтау толқыны тұрақты ток энергиясына айналады.

1896 жылы итальяндық Гуглиелмо Марсезе Маркони ғарышта радиосигналдарды таратуды жүзеге асыратын радионы ойлап тапты.1899 жылы американдық Никола Тесла сымсыз қуат беруді пайдалану идеясын ұсынды және 300 кВт қуатты енгізу үшін 150 кГц жиілікті қолданып, Колорадо штатында биіктігі 60 м, индуктивтілігі төменнен жүктелген, сыйымдылығы жоғары антеннаны құрды.Ол 42 км-ге дейінгі қашықтыққа таратады және қабылдау жағында 10 кВт сымсыз қабылдау қуатын алады.

UHF RFID пассивті тегінің қуат көзі осы идеяны ұстанады және оқырман тегті радиожиілік арқылы қуатпен қамтамасыз етеді.Дегенмен, UHF RFID пассивті тегінің қуат көзі мен Tesla сынағы арасында үлкен айырмашылық бар: жиілік он мың есе жоғары, ал антенна өлшемі мың есе азаяды.Сымсыз таратудың жоғалуы жиіліктің квадратына пропорционалды және қашықтықтың квадратына пропорционалды болғандықтан, тарату жоғалтуының өсуі өте үлкен екені анық.Сымсыз таратудың ең қарапайым режимі - бос кеңістікті тарату.Таралу шығыны таралу толқын ұзындығының квадратына кері пропорционал және қашықтықтың квадратына пропорционал.Бос кеңістіктің таралу жоғалуы LS=20lg(4πd/λ).Егер d қашықтықтың өлшем бірлігі m, ал жиілік бірлігі f МГц болса, онда LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID жүйесі сымсыз қуат беру механизміне негізделген.Пассивті тегтің өзіндік қуат көзі жоқ.Ол оқырман шығаратын радиожиілік энергиясын қабылдауы керек және кернеуді еселеуді түзету арқылы тұрақты ток көзін орнатуы керек, бұл Диксон заряд сорғысы арқылы тұрақты ток көзін орнатуды білдіреді.

UHF RFID ауа интерфейсінің қолданылатын байланыс қашықтығы негізінен оқырманның беру қуатымен және кеңістіктегі негізгі таралу жоғалуымен анықталады.UHF диапазонының RFID оқу құралының жіберу қуаты әдетте 33 дБм-мен шектеледі.Негізгі таралу жоғалту формуласынан басқа ықтимал шығындарды елемей, сымсыз қуат беру арқылы тегке жететін РЖ қуатын есептеуге болады.UHF RFID ауа интерфейсінің байланыс қашықтығы мен негізгі таралу жоғалуы мен тегке жеткен РЖ қуаты арасындағы байланыс кестеде көрсетілген:

Кестеден көруге болады, UHF RFID сымсыз электр қуатын беру үлкен тарату жоғалту сипаттамаларына ие.RFID ұлттық қысқа қашықтықтағы байланыс ережелеріне сәйкес болғандықтан, оқырманның беру қуаты шектеулі, сондықтан тег төмен қуат бере алады.Байланыс қашықтығы ұлғайған сайын пассивті тегпен қабылданатын радиожиілік энергиясы жиілікке сәйкес азаяды, ал қуат көзінің қуаты тез төмендейді.

2. Чиптегі энергияны сақтау конденсаторларын зарядтау және разрядтау арқылы электрмен жабдықтауды жүзеге асыру

(1) Конденсатордың заряды мен разрядының сипаттамалары

Пассивті тегтер энергияны алу, оны тұрақты кернеуге түрлендіру, чиптегі конденсаторларды зарядтау және сақтау, содан кейін разряд арқылы жүктемені қуаттандыру үшін сымсыз қуат беруді пайдаланады.Сондықтан пассивті тегтерді қоректендіру процесі конденсаторды зарядтау және разрядтау процесі болып табылады.Орнату процесі таза зарядтау процесі, ал қуат беру процесі разряд және қосымша зарядтау процесі болып табылады.Қосымша зарядтау разряд кернеуі микросхеманың минималды қуат кернеуіне жеткенше басталуы керек.

(2) Конденсатор зарядының және разрядының параметрлері

1) Зарядтау параметрлері

Зарядтау уақытының ұзақтығы: τC=RC×C

Зарядтау кернеуі:

қайта зарядтау тогы:

мұндағы RC - зарядтау резисторы, ал C - энергияны сақтау конденсаторы.

2) Разряд параметрлері

Разряд уақытының ұзақтығы: τD=RD×C

Разряд кернеуі:

Разряд тогы:

Формуладағы RD - разрядтың кедергісі, ал C - энергияны сақтау конденсаторы.

Жоғарыда пассивті тегтердің қуат беру сипаттамалары көрсетілген.Бұл тұрақты кернеу көзі де, тұрақты ток көзі де емес, энергияны сақтау конденсаторын зарядтау және разрядтау.Чиптегі энергияны сақтау конденсаторы чип тізбегінің V0 жұмыс кернеуінен жоғары зарядталғанда, ол тегті қуатпен қамтамасыз ете алады.Энергияны сақтау конденсаторы қуат бере бастағанда, оның қуат көзінің кернеуі төмендей бастайды.Ол V0 микросхемасының жұмыс кернеуінен төмен түссе, энергия сақтау конденсаторы қуат беру мүмкіндігін жоғалтады және чип жұмысын жалғастыра алмайды.Сондықтан, әуе интерфейсінің белгісі тегті қайта зарядтау үшін жеткілікті сыйымдылыққа ие болуы керек.

Байқауға болады, пассивті тегтерді қоректендіру режимі үзіліс байланыс сипаттамаларына сәйкес келеді, ал пассивті тегтерді қоректендіру де үздіксіз зарядтауды қолдауды қажет етеді.

3 Сұраныс пен ұсыныстың тепе-теңдігі

Қалқымалы зарядтағыш қуат көзі тағы бір қуат беру әдісі болып табылады және қалқымалы зарядтау қуат көзінің қуаты разрядтау қуатына бейімделген.Бірақ олардың барлығында ортақ мәселе бар, яғни UHF RFID пассивті тегтерін қуатпен қамтамасыз ету сұраныс пен ұсынысты теңестіруі керек.

(1) Жедел байланыс үшін сұраныс пен ұсыныстың тепе-теңдігі қуат беру режимі

UHF RFID пассивті тегтерінің қазіргі ISO/IEC18000-6 стандарты жарылыс байланыс жүйесіне жатады.Пассивті тегтер үшін қабылдау кезеңінде сигнал берілмейді.Жауап беру периоды тасымалдаушы толқынды алғанымен, ол тербеліс көзін алумен тең, сондықтан оны симплекс жұмысы ретінде қарастыруға болады.Жол.Бұл қолданба үшін, егер қабылдау кезеңі энергия сақтау конденсаторының зарядтау кезеңі ретінде пайдаланылса, ал жауап беру кезеңі энергия сақтау конденсаторының зарядсыздану кезеңі болса, сұраныс пен ұсыныс тепе-теңдігін сақтау үшін заряд пен разрядтың бірдей мөлшері болады. жүйенің қалыпты жұмысын қамтамасыз ету үшін қажетті шарт.Жоғарыда аталған UHF RFID пассивті тегінің қуат беру механизмінен UHF RFID пассивті тегінің қуат көзі тұрақты ток көзі де, тұрақты кернеу көзі де емес екенін білуге ​​болады.Тегтік энергияны сақтау конденсаторы тізбектің қалыпты жұмыс кернеуінен жоғары кернеуге дейін зарядталғанда, қуат көзі іске қосылады;тег энергиясын сақтау конденсаторы тізбектің қалыпты жұмыс кернеуінен төмен кернеуге разрядталған кезде, қоректендіру тоқтатылады.

Пассивті тег UHF RFID ауа интерфейсі сияқты үзіліссіз байланыс үшін зарядты тег жауап беруді жібермес бұрын зарядтауға болады, бұл жауап аяқталғанша жеткілікті кернеуді ұстап тұруға жеткілікті.Сондықтан, тег қабылдай алатын жеткілікті күшті радиожиілік сәулеленуінен басқа, чиптің микросхемадағы жеткілікті үлкен сыйымдылығы және жеткілікті ұзақ зарядтау уақыты болуы керек.Тегтің жауап беру қуатын тұтынуы мен жауап беру уақыты да бейімделуі керек.Тег пен оқырман арасындағы қашықтыққа байланысты жауап беру уақыты әртүрлі, энергия сақтау конденсаторының ауданы шектеулі және басқа факторлар, уақытты бөлуде сұраныс пен ұсынысты теңестіру қиын болуы мүмкін.

(2) Үздіксіз байланыс үшін қалқымалы қуат көзі режимі

Үздіксіз байланыс үшін энергияны сақтау конденсаторының үздіксіз қоректенуін қамтамасыз ету үшін оны бір уақытта разрядтау және зарядтау керек, ал зарядтау жылдамдығы разряд жылдамдығына ұқсас, яғни қуат көзінің сыйымдылығы қуат көзінен бұрын сақталады. байланыс тоқтатылады.

Пассивті тег кодын бөлу радиожиілік сәйкестендіру және UHF RFID пассивті тег ағымдағы стандарты ISO/IEC18000-6 ортақ сипаттамаларға ие.Тегті қабылдау күйін демодуляциялау және декодтау қажет, ал жауап күйін модуляциялау және жіберу қажет.Сондықтан ол үздіксіз байланысқа сәйкес жобалануы керек.Таг микросхемасының электрмен жабдықтау жүйесі.Зарядтау жылдамдығы зарядтау жылдамдығына ұқсас болуы үшін тегпен алынған энергияның көп бөлігі зарядтауға жұмсалуы керек.

Ортақ RF ресурстары

1. Пассивті тегтерге арналған РЖ алдыңғы жағы

Пассивті тегтер тек тегтер мен ашық хаттардың оқырмандардан келетін радиожиілік энергиясына қуат көзі ретінде ғана емес, сонымен қатар одан да маңыздысы, нұсқаулық сигналын оқырманнан тегке жіберу және тегтен оқырманға жауап сигналын беру болып табылады. сымсыз деректерді беру арқылы жүзеге асырылады.Тегпен алынған радиожиілік энергиясы үш бөлікке бөлінуі керек, олар сәйкесінше микросхема үшін қуат көзін орнату, сигналды демодуляциялау (командалық сигнал мен синхрондау сағатын қоса) және жауап тасымалдаушысын қамтамасыз ету үшін пайдаланылады.

Ағымдағы стандартты UHF RFID жұмыс режимі келесі сипаттамаларға ие: төмен байланыс арнасы хабар тарату режимін қабылдайды, ал жоғары байланыс арнасы көп тегтерді ортақ бір арналық реттілік жауап беру режимін қабылдайды.Сондықтан ақпаратты беру жағынан ол симплексті жұмыс режиміне жатады.Дегенмен, тегтің өзі тасымалдаушыны қамтамасыз ете алмайтындықтан, тег жауабы тасымалдаушыны оқырманның көмегімен қамтамасыз етуі керек.Сондықтан, тег жауап бергенде, жіберу күйіне қатысты байланыстың екі ұшы да дуплексті жұмыс күйінде болады.

Әртүрлі жұмыс күйінде тег арқылы іске қосылатын тізбек блоктары әртүрлі және әртүрлі тізбек блоктарының жұмыс істеуі үшін қажетті қуат та әртүрлі.Барлық қуат тег қабылдайтын радиожиілік энергиясынан келеді.Сондықтан радиожиілік энергияның таралуын ақылға қонымды және қажет болған жағдайда бақылау қажет.

2. Әртүрлі жұмыс уақытында РЖ энергиясын қолдану

Тег оқырманның RF өрісіне еніп, қуат құра бастағанда, оқырман осы уақытта қандай сигнал жіберсе де, тег чиптегі энергияны сақтау конденсаторын зарядтау үшін барлық қабылданған РЖ энергиясын кернеуді еселеу түзеткіш тізбегіне береді. , осылайша чиптің қуат көзін орнату.

Оқырман командалық сигналды жіберген кезде, оқырманның жіберу сигналы таралу спектрінің реттілігімен модуляцияланған командалық деректермен және амплитудасымен кодталған сигнал болып табылады.Тегпен қабылданған сигналда пәрмен деректері мен таралу спектрінің реттілігін білдіретін тасымалдаушы компоненттері мен бүйірлік жолақ құрамдастары бар.Алынған сигналдың жалпы энергиясы, тасымалдаушы энергиясы және бүйірлік жолақ құрамдас бөліктері модуляцияға қатысты.Бұл уақытта модуляция құрамдас бөлігі команданың синхрондау ақпаратын және таралу спектрінің тізбегін беру үшін пайдаланылады, ал жалпы энергия чиптегі энергияны сақтау конденсаторын зарядтауға жұмсалады, ол бір уақытта микросхемаға қуат бере бастайды. синхрондау экстракция тізбегі және командалық сигнал демодуляция схемасының блогы.Сондықтан, оқырман нұсқауды жіберген кезеңде тегпен алынған радиожиілік энергиясы тегтің зарядталуын жалғастыру, синхрондау сигналын шығару, нұсқау сигналын демодуляциялау және анықтау үшін пайдаланылады.Энергияны сақтау конденсаторы қалқымалы зарядты қуат көзі күйінде.

Тег оқырманға жауап бергенде, оқырманның жіберілген сигналы таралу спектрінің таралу спектрінің микросхема жылдамдығының қосалқы жылдамдығының амплитудасымен модуляцияланатын сигнал болып табылады.Тегпен қабылданған сигналда таралу спектрінің чип жылдамдығының қосалқы жылдамдығын көрсететін тасымалдаушы компоненттері және бүйірлік жолақ құрамдастары бар.Бұл уақытта модуляция құрамдас бөлігі таралу спектрінің реттілігінің чип жылдамдығы мен жылдамдығының тактілігі туралы ақпаратты беру үшін пайдаланылады, ал жалпы энергия чиптегі энергияны сақтау конденсаторын зарядтауға және алынған деректерді модуляциялауға және жауап жіберуге пайдаланылады. оқырман.Чипті синхрондау экстракция тізбегі және жауап сигналын модуляциялау схемасы блогы қуат береді.Сондықтан, оқырман жауап алған кезеңде тег радиожиілік энергиясын алады және тег зарядтауды жалғастыру үшін пайдаланылады, чипті синхрондау сигналы алынады және жауап деректері модуляцияланады және жауап жіберіледі.Тег энергиясын сақтау конденсаторы қалқымалы зарядты қуат көзі күйінде.

Қысқаша айтқанда, тег оқырманның РЖ өрісіне еніп, қуат беру мерзімін белгілей бастағаннан басқа, тег барлық қабылданған РЖ энергиясын кернеуді еселендіретін түзеткіш тізбегіне микросхемадағы энергияны сақтау конденсаторын зарядтау үшін береді, осылайша чиптің қуат көзі.Кейіннен тег қабылданған радиожиілік сигналынан синхрондауды шығарады, командалық демодуляцияны жүзеге асырады немесе жауап деректерін модуляциялайды және жібереді, олардың барлығы қабылданған радиожиілік энергиясын пайдаланады.

3. Әртүрлі қолданбалар үшін РЖ энергия талаптары

(1) Сымсыз қуатты тасымалдауға арналған РЖ энергиясына талаптар

Сымсыз қуат беру тег үшін қуат көзін орнатады, сондықтан ол чип тізбегін жүргізу үшін жеткілікті кернеуді де, жеткілікті қуат пен үздіксіз қуат беру мүмкіндігін де талап етеді.

Сымсыз қуат берудің қуат көзі оқу құралының РЖ өрісінің энергиясын алу және тегте қуат көзі болмаған кезде кернеуді еселеуді түзету арқылы қуат көзін орнату болып табылады.Сондықтан оның қабылдағыш сезімталдығы фронтальды анықтау диодының түтігінің кернеуінің төмендеуімен шектеледі.CMOS чиптері үшін кернеуді еселеуді түзетудің қабылдағыш сезімталдығы -11 мен -0,7 дБм арасында, бұл пассивті тегтердің кедергісі болып табылады.

(2) Қабылданған сигналды анықтауға арналған РЖ энергиясына талаптар

Кернеуді еселеуді түзету чиптің қуат көзін орнатқан кезде тег сигналды анықтау тізбегін қамтамасыз ету үшін қабылданған радиожиілік энергиясының бір бөлігін бөлу керек, соның ішінде командалық сигналды анықтау және синхронды такті анықтау.Сигналдарды анықтау тегтің қуат көзі орнатылған жағдайда орындалатындықтан, демодуляция сезімталдығы фронтальды анықтау диодтық түтігінің кернеуінің төмендеуімен шектелмейді, сондықтан қабылдау сезімталдығы сымсыз қуаттан әлдеқайда жоғары. беріліс қабылдау сезімталдығы және ол сигнал амплитудасын анықтауға жатады және қуат күші талап етілмейді.

(3) Тегке жауап беру үшін РЖ энергия талаптары

Тег жіберуге жауап бергенде, синхронды сағатты анықтаудан басқа, қабылданған тасымалдаушыда (сағаттық модуляция конверті бар) псевдо-PSK модуляциясын орындау және кері жіберуді жүзеге асыру қажет.Бұл уақытта белгілі бір қуат деңгейі қажет және оның мәні оқырманның тегке дейінгі қашықтығына және оқырманның қабылдау сезімталдығына байланысты.Оқырманның жұмыс ортасы күрделірек конструкцияларды пайдалануға мүмкіндік беретіндіктен, қабылдағыш шуы төмен фронтальды дизайнды жүзеге асыра алады, ал кодты бөлу радиожиілік идентификациясы тарату спектрін модуляциялауды, сондай-ақ тарату спектрін арттыруды және PSK жүйесінің күшейтуін пайдаланады. , оқырманның сезімталдығы жеткілікті жоғары болуы мүмкін.Жапсырманың қайтару сигналына қойылатын талаптар жеткілікті түрде азайтылады.

Қорытындылай келе, тегпен алынған радиожиілік қуаты негізінен сымсыз қуат беру кернеуінің қосқышын түзету энергиясы ретінде бөлінеді, содан кейін ақылға қонымды энергияға қол жеткізу үшін тег сигналын анықтау деңгейінің сәйкес мөлшері және қайтарылатын модуляция энергиясының тиісті мөлшері бөлінеді. бөлу және энергия сақтау конденсаторының үздіксіз зарядталуын қамтамасыз ету.мүмкін және ақылға қонымды дизайн болып табылады.

Пассивті тегтермен қабылданатын радиожиілік энергиясы әртүрлі қолданбалы талаптарға ие екенін көруге болады, сондықтан радиожиілік қуатын тарату дизайны қажет;әртүрлі жұмыс кезеңдерінде радиожиілік энергиясын қолдану талаптары әртүрлі, сондықтан әртүрлі жұмыс кезеңдерінің қажеттіліктеріне сәйкес радиожиілік қуатын тарату жобасы болуы қажет;Әртүрлі қолданбаларда РЖ энергиясына әртүрлі талаптар қойылады, олардың арасында сымсыз қуат беру ең көп қуатты қажет етеді, сондықтан РЖ қуатын бөлу сымсыз қуат беру қажеттіліктеріне назар аударуы керек.

UHF RFID пассивті тегтері тегтің қуат көзін орнату үшін сымсыз қуат беруді пайдаланады.Сондықтан электрмен жабдықтау тиімділігі өте төмен және қуат беру мүмкіндігі өте әлсіз.Тег чипі аз қуат тұтынумен жобалануы керек.Чип тізбегі чиптегі энергияны сақтау конденсаторын зарядтау және разрядтау арқылы қоректенеді.Сондықтан жапсырманың үздіксіз жұмысын қамтамасыз ету үшін энергияны сақтайтын конденсаторды үздіксіз зарядтау керек.Тегпен қабылданатын радиожиілік энергиясының үш түрлі қолданбасы бар: қуат көзі үшін кернеуді еселеуді түзету, командалық сигналды қабылдау және демодуляциялау және жауап сигналын модуляциялау және беру.Олардың ішінде кернеуді еселеуді түзетудің қабылдау сезімталдығы ауа интерфейсіне айналатын түзеткіш диодтың кернеуінің төмендеуімен шектеледі.бөгет.Осы себепті сигналды қабылдау және демодуляциялау және жауап сигналын модуляциялау және беру RFID жүйесі қамтамасыз етуі керек негізгі функциялар болып табылады.Кернеуді қосатын түзеткіш тегінің қуат беру мүмкіндігі неғұрлым күшті болса, өнім соғұрлым бәсекеге қабілетті.Сондықтан тегтер жүйесін жобалау кезінде қабылданған РЖ энергиясын ұтымды бөлу критерийі қабылданатын сигналдың демодуляциясын және жауапты беруді қамтамасыз ету негізінде кернеуді дублермен түзету арқылы РЖ энергиямен қамтамасыз етуді мүмкіндігінше арттыру болып табылады. сигнал.