žinios

Kaip pagrindinė pasyviojo daiktų interneto technologijos dalis, UHF RFID pasyviosios žymos buvo plačiai naudojamos daugelyje programų, pvz., prekybos centrų mažmeninės prekybos, logistikos ir sandėliavimo, knygų archyvų, apsaugos nuo padirbinėjimo atsekamumo ir kt. Tik 2021 m. siuntimo suma yra daugiau nei 20 mlrd.Kokiu tikslu UHF RFID pasyviosios žymos lustas tiekia maitinimą praktiškai?

UHF RFID pasyviosios žymos maitinimo charakteristikos

1. Maitinamas belaidžiu maitinimu

Belaidis energijos perdavimas naudojant belaidę elektromagnetinę spinduliuotę perduoda elektros energiją iš vienos vietos į kitą.Darbo procesas yra paversti elektros energiją radijo dažnio energija naudojant radijo dažnio virpesius, o radijo dažnio energija paverčiama radijo elektromagnetinio lauko energija per perdavimo anteną.Radijo elektromagnetinio lauko energija sklinda erdvėje ir pasiekia priėmimo anteną, tada priimančioji antena ją paverčia atgal į radijo dažnio energiją, o aptikimo banga tampa nuolatinės srovės energija.

1896 metais italas Guglielmo Marchese Marconi išrado radiją, kuri realizavo radijo signalų perdavimą kosmose.1899 m. amerikietis Nikola Tesla pasiūlė idėją naudoti belaidį energijos perdavimą ir sukūrė anteną, kurios aukštis yra 60 m, induktyvumas įkeltas į apačią, o talpa įkelta viršuje, Kolorado valstijoje naudojama 150 kHz dažnis 300 kW galiai įvesti.Jis perduoda iki 42 km atstumu ir gauna 10 kW belaidžio priėmimo galios priėmimo gale.

UHF RFID pasyviosios žymos maitinimo šaltinis atitinka šią idėją, o skaitytuvas tiekia maitinimą žymai radijo dažniu.Tačiau yra didžiulis skirtumas tarp UHF RFID pasyviosios žymos maitinimo šaltinio ir Tesla testo: dažnis yra beveik dešimt tūkstančių kartų didesnis, o antenos dydis sumažėja tūkstantį kartų.Kadangi belaidžio ryšio perdavimo nuostoliai yra proporcingi dažnio kvadratui ir proporcingi atstumo kvadratui, akivaizdu, kad perdavimo nuostolių padidėjimas yra didžiulis.Paprasčiausias belaidžio ryšio sklidimo būdas yra sklidimas laisvoje erdvėje.Sklidimo nuostoliai yra atvirkščiai proporcingi sklidimo bangos ilgio kvadratui ir proporcingi atstumo kvadratui.Laisvos erdvės sklidimo nuostoliai yra LS=20lg(4πd/λ).Jei atstumo d vienetas yra m, o dažnio vienetas f yra MHz, tai LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID sistema yra pagrįsta belaidžiu energijos perdavimo mechanizmu.Pasyvioji žyma neturi savo maitinimo šaltinio.Jis turi priimti skaitytuvo skleidžiamą radijo dažnio energiją ir sukurti nuolatinės srovės maitinimą per įtampos padvigubinimo ištaisymą, o tai reiškia, kad per Dickson įkrovimo siurblį sukuria nuolatinės srovės maitinimą.

Taikomą UHF RFID oro sąsajos ryšio atstumą daugiausia lemia skaitytuvo perdavimo galia ir pagrindiniai sklidimo erdvėje nuostoliai.UHF juostos RFID skaitytuvo perdavimo galia paprastai ribojama iki 33 dBm.Pagal pagrindinę sklidimo nuostolių formulę, neatsižvelgiant į kitus galimus nuostolius, galima apskaičiuoti radijo dažnių galią, pasiekiančią žymą per belaidį energijos perdavimą.Ryšys tarp UHF RFID oro sąsajos ryšio atstumo ir pagrindinio sklidimo praradimo bei žymę pasiekiančios RF galios parodytas lentelėje:

Iš lentelės matyti, kad UHF RFID bevielis energijos perdavimas turi didelių perdavimo nuostolių charakteristikas.Kadangi RFID atitinka nacionalines trumpojo nuotolio ryšio taisykles, skaitytuvo perdavimo galia yra ribota, todėl žyma gali tiekti mažą galią.Didėjant ryšio atstumui, pasyviosios žymos gaunama radijo dažnio energija mažėja pagal dažnį, o maitinimo pajėgumas sparčiai mažėja.

2. Įdiekite maitinimo šaltinį įkraunant ir iškraunant lustuose esančius energijos kaupimo kondensatorius

(1) Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo charakteristikos

Pasyviosios žymos naudoja belaidį energijos perdavimą energijai gauti, paversti ją nuolatine įtampa, įkrauti ir saugoti mikroschemos kondensatorius, o tada tiekti maitinimą apkrovai per iškrovimą.Todėl pasyviųjų žymų maitinimo procesas yra kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procesas.Įkūrimo procesas yra grynas įkrovimo procesas, o maitinimo procesas yra iškrovimo ir papildomo įkrovimo procesas.Papildomas įkrovimas turi prasidėti, kol iškrovos įtampa pasiekia mažiausią lusto maitinimo įtampą.

(2) Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo parametrai

1) Įkrovimo parametrai

Įkrovimo trukmė: τC=RC×C

Įkrovimo įtampa:

įkrovimo srovė:

kur RC yra įkrovimo rezistorius, o C yra energijos kaupimo kondensatorius.

2) Iškrovos parametrai

Iškrovimo laiko ilgis: τD=RD×C

Iškrovimo įtampa:

Iškrovimo srovė:

Formulėje RD yra iškrovos varža, o C yra energijos kaupimo kondensatorius.

Aukščiau parodytos pasyviųjų žymų maitinimo charakteristikos.Tai nei nuolatinės įtampos, nei nuolatinės srovės šaltinis, o energijos kaupimo kondensatoriaus įkrovimas ir iškrovimas.Kai lusto energijos kaupimo kondensatorius įkraunamas virš lusto grandinės darbinės įtampos V0, jis gali tiekti maitinimą žymai.Kai energijos kaupimo kondensatorius pradeda tiekti energiją, jo maitinimo įtampa pradeda kristi.Kai ji nukrenta žemiau lusto darbinės įtampos V0, energijos kaupimo kondensatorius netenka maitinimo šaltinio ir lustas negali toliau dirbti.Todėl oro sąsajos žyma turėtų turėti pakankamai talpos, kad būtų galima įkrauti žymą.

Matyti, kad pasyviųjų žymų maitinimo režimas yra tinkamas serijinio ryšio charakteristikoms, o pasyviųjų žymų maitinimo šaltiniui taip pat reikia nuolatinio įkrovimo palaikymo.

3 Pasiūlos ir paklausos balansas

Slankaus įkrovimo maitinimo šaltinis yra kitas maitinimo būdas, o slankiojo įkrovimo maitinimo šaltinio talpa pritaikoma iškrovimo pajėgumui.Tačiau jie visi turi bendrą problemą, tai yra, UHF RFID pasyviųjų žymų maitinimas turi subalansuoti pasiūlą ir paklausą.

(1) Pasiūlos ir paklausos balanso energijos tiekimo režimas, skirtas ryšiams

Dabartinis UHF RFID pasyviųjų žymų standartas ISO/IEC18000-6 priklauso serijinio ryšio sistemai.Pasyviųjų žymų priėmimo laikotarpiu signalas neperduodamas.Nors atsako periodas gauna nešlio bangą, jis prilygsta virpesių šaltinio gavimui, todėl jį galima laikyti vienareikšmiu darbu.Būdas.Šiuo atveju, jei priėmimo laikotarpis naudojamas kaip energijos kaupimo kondensatoriaus įkrovimo laikotarpis, o atsako laikotarpis yra energijos kaupimo kondensatoriaus iškrovimo laikotarpis, pasiūlos ir paklausos pusiausvyrai palaikyti tampa vienodas įkrovimo ir iškrovos kiekis. būtina sąlyga normaliam sistemos veikimui palaikyti.Iš minėtos UHF RFID pasyviosios žymos maitinimo mechanizmo galima suprasti, kad UHF RFID pasyviosios žymos maitinimas nėra nei nuolatinės srovės šaltinis, nei nuolatinės įtampos šaltinis.Kai žymės energijos kaupimo kondensatorius įkraunamas iki įtampos, didesnės nei įprasta grandinės darbinė įtampa, paleidžiamas maitinimas;kai žymės energijos kaupimo kondensatorius iškraunamas iki mažesnės nei įprasta grandinės darbinė įtampa, maitinimo tiekimas sustabdomas.

Ryšiui su serijomis, pvz., pasyviosios žymos UHF RFID oro sąsaja, įkrovimas gali būti įkrautas prieš tai, kai žyma siunčia atsako seriją, kad būtų užtikrinta, jog bus pakankamai įtampos, kol atsakymas bus baigtas.Todėl, be pakankamai stiprios radijo dažnio spinduliuotės, kurią gali priimti žyma, lustas taip pat turi turėti pakankamai didelę lusto talpą ir pakankamai ilgą įkrovimo laiką.Taip pat turi būti pritaikytas žymos atsako energijos suvartojimas ir atsako laikas.Dėl atstumo tarp žymos ir skaitytuvo skiriasi atsako laikas, ribotas energijos kaupimo kondensatoriaus plotas ir kiti veiksniai, gali būti sunku suderinti pasiūlą ir paklausą skirstant laiką.

(2) Slankaus maitinimo režimas nuolatiniam ryšiui

Norint palaikyti nenutrūkstamą ryšį, norint palaikyti nenutrūkstamą energijos kaupimo kondensatoriaus maitinimą, jis turi būti iškrautas ir įkrautas vienu metu, o įkrovimo greitis yra panašus į iškrovimo greitį, tai yra, maitinimo talpa palaikoma prieš bendravimas nutraukiamas.

Pasyviojo kodo padalijimo radijo dažnio identifikavimas ir UHF RFID pasyviosios žymos dabartinis standartas ISO/IEC18000-6 turi bendras charakteristikas.Žymos gavimo būsena turi būti demoduliuota ir dekoduota, o atsakymo būsena turi būti moduliuojama ir išsiųsta.Todėl jis turėtų būti kuriamas pagal nuolatinį ryšį.Tag chip maitinimo sistema.Kad įkrovimo greitis būtų panašus į iškrovimo greitį, didžioji dalis etiketės gaunamos energijos turi būti naudojama įkrovimui.

Bendrinami RF ištekliai

1. RF priekinė dalis pasyvioms žymoms

Pasyviosios žymos naudojamos ne tik kaip etikečių ir atvirukų energijos šaltinis radijo dažnio energijai iš skaitytuvų, bet dar svarbiau yra tai, kad instrukcijų signalo perdavimas iš skaitytuvo į žymą ir atsako signalo perdavimas iš žymos į skaitytuvą. realizuojamas belaidžiu duomenų perdavimo būdu.Žymės gaunama radijo dažnio energija turėtų būti padalyta į tris dalis, kurios atitinkamai naudojamos lustui, kad būtų sukurtas maitinimas, demoduliuojamas signalas (įskaitant komandos signalą ir sinchronizacijos laikrodį) ir tiekiamas atsako nešiklis.

Dabartinio standartinio UHF RFID darbo režimas turi šias charakteristikas: žemyn nukreiptas kanalas priima transliavimo režimą, o aukštyn nukreiptas kanalas – kelių žymų dalijimosi vieno kanalo sekos atsako režimą.Todėl informacijos perdavimo požiūriu jis priklauso simplekso veikimo režimui.Tačiau, kadangi pati žyma negali užtikrinti perdavimo nešiklio, žymos atsakas turi suteikti nešikliui skaitytuvo pagalbą.Todėl, kai žyma reaguoja, kiek tai susiję su siuntimo būsena, abu ryšio galai yra dvipusio veikimo būsenoje.

Esant skirtingoms darbo būsenoms, grandinės blokai, kuriuos naudojant žyma, yra skirtingi, taip pat skiriasi galia, reikalinga skirtingiems grandinės blokams veikti.Visa galia gaunama iš radijo dažnio energijos, kurią gauna žyma.Todėl būtina pagrįstai ir prireikus kontroliuoti radijo dažnių energijos paskirstymą.

2. RD energijos taikymas skirtingomis darbo valandomis

Kai žyma patenka į skaitytuvo RF lauką ir pradeda kaupti energiją, nesvarbu, kokį signalą skaitytuvas siunčia šiuo metu, žyma tieks visą gautą RF energiją į įtampos dvigubinimo lygintuvo grandinę, kad įkrautų lusto energijos kaupimo kondensatorių. , taip sukuriant lusto maitinimo šaltinį.

Skaitytuvui perduodant komandos signalą, skaitytuvo perdavimo signalas yra komandos duomenų užkoduotas signalas ir amplitudė, moduliuojama išsklaidytos spektro sekos.Yra nešiklio komponentai ir šoninės juostos komponentai, reprezentuojantys komandų duomenis ir išplitusio spektro sekas žymos gaunamame signale.Bendra gauto signalo energija, nešiklio energija ir šoninės juostos komponentai yra susiję su moduliacija.Šiuo metu moduliavimo komponentas naudojamas komandos sinchronizavimo informacijai ir išplitusio spektro sekai perduoti, o visa energija naudojama įkrauti lusto energijos kaupimo kondensatorių, kuris tuo pat metu pradeda tiekti maitinimą į mikroschemą. sinchronizavimo ištraukimo grandinė ir komandinio signalo demoduliavimo grandinės blokas.Todėl tuo laikotarpiu, kai skaitytuvas siunčia nurodymą, žymos gaunama radijo dažnio energija naudojama žymei toliau įkrauti, išgauti sinchronizacijos signalą, demoduliuoti ir identifikuoti instrukcijos signalą.Žymės energijos kaupimo kondensatorius yra slankiojo įkrovimo maitinimo būsenoje.

Kai žyma reaguoja į skaitytuvą, skaitytuvo perduodamas signalas yra signalas, kurį moduliuoja išplitusio spektro sklaidos spektro lusto dažnio antrinio dažnio laikrodžio amplitudė.Žyma priimamame signale yra nešiklio komponentai ir šoninės juostos komponentai, atspindintys plitimo spektro lusto spartos antrinės spartos laikrodį.Šiuo metu moduliavimo komponentas naudojamas perduoti išplitusio spektro sekos lusto spartos ir dažnio laikrodžio informaciją, o visa energija naudojama lusto energijos kaupimo kondensatoriui įkrauti ir gautų duomenų moduliavimui bei atsakymui į skaitytojas.Lustų sinchronizavimo ištraukimo grandinė ir atsako signalo moduliavimo grandinės blokas tiekia maitinimą.Todėl tuo laikotarpiu, kai skaitytuvas gauna atsakymą, žyma gauna radijo dažnio energiją ir yra naudojama žymei toliau įkrauti, išgaunamas lusto sinchronizavimo signalas ir moduliuojami atsakymo duomenys bei išsiunčiamas atsakymas.Žymės energijos kaupimo kondensatorius yra slankiojo įkrovimo maitinimo būsenoje.

Trumpai tariant, be to, kad žyma įeis į skaitytuvo RF lauką ir pradės nustatyti maitinimo periodą, ji visą gautą RF energiją tieks į įtampą padvigubinančią lygintuvo grandinę, kad būtų įkrautas lusto energijos kaupimo kondensatorius, taip nustatant. lusto maitinimo šaltinis.Vėliau žyma išgauna sinchronizaciją iš gauto radijo dažnio signalo, įgyvendina komandų demoduliavimą arba moduliuoja ir perduoda atsako duomenis, o visa tai naudoja gautą radijo dažnio energiją.

3. RD energijos reikalavimai įvairioms reikmėms

(1) RD energijos reikalavimai belaidžiam energijos perdavimui

Belaidis galios perdavimas nustato žymos maitinimo šaltinį, todėl reikia ir pakankamai įtampos, kad būtų galima valdyti lusto grandinę, ir pakankamai galios ir nuolatinio maitinimo.

Belaidžio energijos perdavimo maitinimas turi užtikrinti maitinimą, priimant skaitytuvo RF lauko energiją ir įtampos padvigubinimo ištaisymą, kai žyma neturi maitinimo.Todėl jo priėmimo jautrumą riboja priekinio aptikimo diodo vamzdžio įtampos kritimas.CMOS lustams įtampos dvigubinimo ištaisymo priėmimo jautrumas yra tarp -11 ir -0,7 dBm, tai yra pasyviųjų žymų kliūtis.

(2) RD energijos reikalavimai priimamam signalui aptikti

Nors įtampos padvigubinimo ištaisymas sukuria lusto maitinimo šaltinį, žyma turi padalyti dalį gaunamos radijo dažnio energijos, kad būtų sukurta signalo aptikimo grandinė, įskaitant komandinio signalo aptikimą ir sinchroninio laikrodžio aptikimą.Kadangi signalo aptikimas atliekamas su sąlyga, kad žymos maitinimas yra nustatytas, demoduliacijos jautrumo neriboja priekinio aptikimo diodo vamzdžio įtampos kritimas, todėl priėmimo jautrumas yra daug didesnis nei belaidžio ryšio galia. perdavimo priėmimo jautrumas, ir jis priklauso signalo amplitudės aptikimui, ir nėra galios stiprumo reikalavimo.

(3) Žymės atsako radijo dažnių energijos reikalavimai

Kai žyma reaguoja į siuntimą, be sinchroninio laikrodžio aptikimo, ji taip pat turi atlikti pseudo-PSK moduliaciją gautame nešle (sudėtyje yra laikrodžio moduliacijos apvalkalas) ir realizuoti atvirkštinį perdavimą.Šiuo metu reikalingas tam tikras galios lygis, o jo vertė priklauso nuo skaitytuvo atstumo iki žymos ir skaitytuvo jautrumo priimti.Kadangi skaitytuvo darbo aplinka leidžia naudoti sudėtingesnius dizainus, imtuvas gali įdiegti mažo triukšmo priekinės dalies dizainą, o kodų padalijimo radijo dažnių atpažinimui naudojama išplitusio spektro moduliacija, taip pat plataus spektro stiprinimas ir PSK sistemos stiprinimas. , skaitytuvo jautrumas gali būti pakankamai didelis.Kad etiketės grįžtamojo signalo reikalavimai būtų pakankamai sumažinti.

Apibendrinant galima pasakyti, kad žymos gaunama radijo dažnio galia daugiausia paskirstoma kaip belaidžio energijos perdavimo įtampos dvigubinimo ištaisymo energija, o tada paskiriamas atitinkamas žymos signalo aptikimo lygis ir atitinkamas grįžtamosios moduliacijos energijos kiekis, kad būtų pasiekta pagrįsta energija. paskirstymą ir užtikrinti nuolatinį energijos kaupimo kondensatoriaus įkrovimą.yra galimas ir pagrįstas dizainas.

Matyti, kad pasyviųjų žymenų gaunamai radijo dažnio energijai taikomi įvairūs taikymo reikalavimai, todėl reikalinga radijo dažnio galios paskirstymo konstrukcija;radijo dažnių energijos taikymo reikalavimai skirtingais darbo laikotarpiais yra skirtingi, todėl būtina turėti radijo dažnio energijos paskirstymo projektą pagal skirtingų darbo laikotarpių poreikius;Skirtingos programos turi skirtingus RD energijos reikalavimus, tarp kurių belaidžiam energijos perdavimui reikia daugiausia energijos, todėl RF galios paskirstymas turėtų būti sutelktas į belaidžio energijos perdavimo poreikius.

UHF RFID pasyviosios žymos naudoja belaidį energijos perdavimą, kad sukurtų žymos maitinimo šaltinį.Todėl maitinimo efektyvumas yra itin žemas, o maitinimo pajėgumas labai silpnas.Žymės lustas turi būti suprojektuotas taip, kad sunaudotų mažai energijos.Lustų grandinė maitinama įkraunant ir iškraunant mikroschemoje esantį energijos kaupimo kondensatorių.Todėl, siekiant užtikrinti nepertraukiamą etiketės veikimą, energijos kaupimo kondensatorius turi būti nuolat įkraunamas.Radijo dažnio energija, kurią gauna žyma, gali būti naudojama trimis skirtingais būdais: įtampos padvigubinimo lygintuvu maitinimui, komandinio signalo priėmimui ir demoduliavimui bei atsako signalo moduliavimui ir perdavimui.Tarp jų įtampos dvigubinimo ištaisymo priėmimo jautrumą riboja lygintuvo diodo, kuris tampa oro sąsaja, įtampos kritimas.kliūtis.Dėl šios priežasties signalo priėmimas ir demoduliavimas bei atsako signalo moduliavimas ir perdavimas yra pagrindinės funkcijos, kurias turi užtikrinti RFID sistema.Kuo stipresnė įtampos dvigubinimo lygintuvo žymos maitinimo galimybė, tuo gaminys konkurencingesnis.Todėl racionalaus gaunamos radijo dažnių energijos paskirstymo kriterijus projektuojant žymenų sistemą yra kiek įmanoma padidinti RD energijos tiekimą naudojant įtampos dvigubinimo ištaisymą, atsižvelgiant į tai, kad bus užtikrintas gaunamo signalo demoduliavimas ir atsako perdavimas. signalas.