Jaunumi

Kā pasīvā lietiskā interneta tehnoloģijas visvienkāršākā daļa, UHF RFID pasīvās atzīmes ir plaši izmantotas daudzās lietojumprogrammās, piemēram, lielveikalu mazumtirdzniecībā, loģistikā un noliktavās, grāmatu arhīvos, pretviltošanas izsekojamībā utt. Tikai 2021. gadā globālā mērogā piegādes apjoms ir vairāk nekā 20 miljardi.Uz ko tieši UHF RFID pasīvās etiķetes mikroshēma paļaujas, lai nodrošinātu barošanu praksē?

UHF RFID pasīvās birkas barošanas avota raksturlielumi

1. Darbojas ar bezvadu barošanu

Bezvadu enerģijas pārraide izmanto bezvadu elektromagnētisko starojumu, lai pārsūtītu elektroenerģiju no vienas vietas uz otru.Darba process ir pārveidot elektrisko enerģiju radiofrekvences enerģijā, izmantojot radiofrekvences svārstības, un radiofrekvences enerģija tiek pārveidota radio elektromagnētiskā lauka enerģijā caur raidīšanas antenu.Radio elektromagnētiskā lauka enerģija izplatās telpā un sasniedz uztveršanas antenu, pēc tam uztverošā antena to pārvērš atpakaļ radiofrekvences enerģijā, un noteikšanas vilnis kļūst par līdzstrāvas enerģiju.

1896. gadā itālis Guglielmo Marchese Markoni izgudroja radio, kas realizēja radiosignālu pārraidi kosmosā.1899. gadā amerikānis Nikola Tesla ierosināja ideju izmantot bezvadu jaudas pārraidi un izveidoja antenu, kuras augstums ir 60 m, induktivitāte ir ielādēta apakšā, kapacitāte - augšpusē Kolorādo, izmantojot 150 kHz frekvenci, lai ievadītu 300 kW.Tas pārraida līdz 42 km attālumā un saņem 10 kW bezvadu uztveršanas jaudu.

UHF RFID pasīvās marķējuma barošanas avots atbilst šai idejai, un lasītājs piegādā marķējumam strāvu, izmantojot radiofrekvenci.Tomēr pastāv milzīga atšķirība starp UHF RFID pasīvo tagu barošanas avotu un Tesla testu: frekvence ir gandrīz desmit tūkstošus reižu lielāka, un antenas izmērs ir samazināts tūkstoš reižu.Tā kā bezvadu pārraides zudumi ir proporcionāli frekvences kvadrātam un proporcionāli attāluma kvadrātam, ir skaidrs, ka pārraides zudumu pieaugums ir milzīgs.Vienkāršākais bezvadu izplatīšanas režīms ir izplatīšanās brīvā telpā.Izplatīšanās zudums ir apgriezti proporcionāls izplatīšanās viļņa garuma kvadrātam un proporcionāls attāluma kvadrātam.Brīvās telpas izplatīšanās zudums ir LS=20lg(4πd/λ).Ja attāluma d mērvienība ir m un frekvences f mērvienība ir MHz, tad LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID sistēma ir balstīta uz bezvadu jaudas pārraides mehānismu.Pasīvajam tagam nav sava barošanas avota.Tam ir jāsaņem nolasītāja izstarotā radiofrekvences enerģija un jāizveido līdzstrāvas barošanas avots, izmantojot sprieguma divkāršošanas taisnošanu, kas nozīmē, ka līdzstrāvas barošanas avots ir jāizveido caur Dickson uzlādes sūkni.

Piemērojamo UHF RFID gaisa saskarnes sakaru attālumu galvenokārt nosaka lasītāja pārraides jauda un pamata izplatīšanās zudumi telpā.UHF joslas RFID lasītāja pārraides jauda parasti ir ierobežota līdz 33 dBm.No pamata izplatīšanās zuduma formulas, ignorējot citus iespējamos zudumus, var aprēķināt RF jaudu, kas sasniedz tagu, izmantojot bezvadu strāvas pārraidi.Saistība starp UHF RFID gaisa saskarnes sakaru attālumu un pamata izplatīšanās zudumu un RF jaudu, kas sasniedz tagu, ir parādīta tabulā:

No tabulas var redzēt, ka UHF RFID bezvadu jaudas pārraidei ir liela pārraides zuduma īpašības.Tā kā RFID atbilst valsts īsa attāluma sakaru noteikumiem, lasītāja pārraides jauda ir ierobežota, tāpēc atzīme var nodrošināt mazu jaudu.Palielinoties sakaru attālumam, pasīvā birka saņemtā radiofrekvences enerģija samazinās atbilstoši frekvencei, un strāvas padeves jauda strauji samazinās.

2. Ieviest barošanu, uzlādējot un izlādējot mikroshēmas enerģijas uzkrāšanas kondensatorus

(1) Kondensatora uzlādes un izlādes raksturlielumi

Pasīvie tagi izmanto bezvadu jaudas pārraidi, lai iegūtu enerģiju, pārvērstu to līdzstrāvas spriegumā, uzlādētu un uzglabātu mikroshēmas kondensatorus un pēc tam ar izlādi piegādātu strāvu slodzei.Tāpēc pasīvo tagu barošanas process ir kondensatora uzlādes un izlādes process.Izveidošanas process ir tīrs uzlādes process, un strāvas padeves process ir izlādes un papildu uzlādes process.Papildu uzlāde jāsāk, pirms izlādes spriegums sasniedz mikroshēmas minimālo barošanas spriegumu.

(2) Kondensatora uzlādes un izlādes parametri

1) Uzlādes parametri

Uzlādes laika garums: τC=RC×C

Uzlādes spriegums:

uzlādes strāva:

kur RC ir uzlādes rezistors un C ir enerģijas uzglabāšanas kondensators.

2) Izlādes parametri

Izlādes laika garums: τD=RD×C

Izlādes spriegums:

Izlādes strāva:

Formulā RD ir izlādes pretestība, un C ir enerģijas uzglabāšanas kondensators.

Iepriekš ir parādīti pasīvo tagu barošanas avota raksturlielumi.Tas nav ne pastāvīga sprieguma avots, ne pastāvīgas strāvas avots, bet gan enerģijas uzglabāšanas kondensatora uzlāde un izlāde.Kad mikroshēmas enerģijas uzglabāšanas kondensators ir uzlādēts virs mikroshēmas ķēdes darba sprieguma V0, tas var nodrošināt marķējuma jaudu.Kad enerģijas uzkrāšanas kondensators sāk piegādāt strāvu, tā barošanas spriegums sāk kristies.Kad tas nokrītas zem mikroshēmas darba sprieguma V0, enerģijas uzkrāšanas kondensators zaudē savu barošanas spēju un mikroshēma nevar turpināt darbu.Tāpēc gaisa interfeisa birkas jaudai jābūt pietiekamai, lai to uzlādētu.

Var redzēt, ka pasīvo tagu barošanas režīms ir piemērots sērijveida komunikācijas īpašībām, un pasīvo tagu barošanas avotam ir nepieciešams arī nepārtrauktas uzlādes atbalsts.

3 Piedāvājuma un pieprasījuma līdzsvars

Peldošās uzlādes barošanas avots ir vēl viena barošanas metode, un peldošās uzlādes barošanas avota jauda ir pielāgota izlādes jaudai.Bet tiem visiem ir kopīga problēma, proti, UHF RFID pasīvo tagu barošanas avotam ir jāsabalansē piedāvājums un pieprasījums.

(1) Piedāvājuma un pieprasījuma līdzsvara barošanas režīms sērijveida saziņai

Pašreizējais UHF RFID pasīvo tagu standarts ISO/IEC18000-6 pieder sērijveida sakaru sistēmai.Pasīvajiem tagiem uztveršanas periodā signāls netiek pārraidīts.Lai gan reakcijas periods saņem nesējviļņu, tas ir līdzvērtīgs svārstību avota iegūšanai, tāpēc to var uzskatīt par vienkāršāku darbu.veids.Šajā lietojumprogrammā, ja uztveršanas periods tiek izmantots kā enerģijas uzglabāšanas kondensatora uzlādes periods un reakcijas periods ir enerģijas uzglabāšanas kondensatora izlādes periods, tiek iegūts vienāds uzlādes un izlādes apjoms, lai uzturētu piedāvājuma un pieprasījuma līdzsvaru. nepieciešams nosacījums, lai uzturētu normālu sistēmas darbību.No iepriekš minētā UHF RFID pasīvās birkas barošanas mehānisma var zināt, ka UHF RFID pasīvās birkas barošanas avots nav ne pastāvīgas strāvas avots, ne pastāvīga sprieguma avots.Kad marķējuma enerģijas uzglabāšanas kondensators tiek uzlādēts līdz spriegumam, kas ir lielāks par ķēdes parasto darba spriegumu, tiek iedarbināta strāvas padeve;kad marķējuma enerģijas uzkrāšanas kondensators tiek izlādēts līdz spriegumam, kas ir zemāks par ķēdes parasto darba spriegumu, strāvas padeve tiek pārtraukta.

Sērijveida saziņai, piemēram, pasīvās etiķetes UHF RFID gaisa interfeisam, lādiņu var uzlādēt, pirms atzīme nosūta atbildes sēriju, kas ir pietiekami, lai nodrošinātu pietiekamu sprieguma uzturēšanu līdz reakcijas pabeigšanai.Tāpēc papildus pietiekami spēcīgam radiofrekvences starojumam, ko var uztvert tags, mikroshēmai ir jābūt arī pietiekami lielai mikroshēmas kapacitātei un pietiekami ilgam uzlādes laikam.Jāpielāgo arī atzīmes reakcijas enerģijas patēriņš un reakcijas laiks.Sakarā ar attālumu starp tagu un lasītāju, reakcijas laiks ir atšķirīgs, enerģijas uzglabāšanas kondensatora laukums ir ierobežots un citi faktori, var būt grūti sabalansēt piedāvājumu un pieprasījumu laika sadalījumā.

(2) Peldošais barošanas režīms nepārtrauktai saziņai

Nepārtrauktai saziņai, lai uzturētu enerģijas uzkrāšanas kondensatora nepārtrauktu barošanu, tas ir jāizlādē un jāuzlādē vienlaikus, un uzlādes ātrums ir līdzīgs izlādes ātrumam, tas ir, barošanas jauda tiek uzturēta pirms komunikācija tiek pārtraukta.

Pasīvās koda dalīšanas radiofrekvences identifikācijai un UHF RFID pasīvās birkas pašreizējam standartam ISO/IEC18000-6 ir kopīgas īpašības.Atzīmes saņemšanas stāvoklis ir jādemodulē un jādekodē, un atbildes stāvoklis ir jāmodulē un jānosūta.Tāpēc tas jāveido saskaņā ar nepārtrauktu saziņu.Tag chip barošanas sistēma.Lai uzlādes ātrums būtu līdzīgs izlādes ātrumam, lielākā daļa no marķējuma saņemtās enerģijas ir jāizmanto uzlādei.

Koplietojamie RF resursi

1. RF priekšgals pasīvajiem tagiem

Pasīvās atzīmes tiek izmantotas ne tikai kā atzīmju un pastkaršu barošanas avots radiofrekvences enerģijai no lasītājiem, bet vēl svarīgāk ir tas, ka tiek nodrošināta instrukciju signāla pārraide no lasītāja uz tagu un atbildes signāla pārraide no atzīmes uz lasītāju. realizēts, izmantojot bezvadu datu pārraidi.Marķējuma saņemtā radiofrekvences enerģija jāsadala trīs daļās, kuras attiecīgi tiek izmantotas mikroshēmai, lai izveidotu barošanas avotu, demodulētu signālu (ieskaitot komandas signālu un sinhronizācijas pulksteni) un nodrošinātu atbildes nesēju.

Pašreizējā standarta UHF RFID darba režīmam ir šādas īpašības: lejupsaites kanāls pieņem apraides režīmu, un augšupsaites kanāls izmanto vairāku tagu koplietošanas viena kanāla secības reakcijas režīmu.Tāpēc informācijas pārraides ziņā tas pieder pie simpleksa darbības režīma.Tomēr, tā kā pats tags nevar nodrošināt pārraides nesēju, atzīmes atbildei ir jānodrošina nesējs ar lasītāja palīdzību.Tāpēc, kad tags reaģē, ciktāl tas attiecas uz sūtīšanas stāvokli, abi saziņas gali ir abpusējā darba stāvoklī.

Dažādos darba stāvokļos ķēdes bloki, ko iedarbina etiķete, ir atšķirīgi, un arī jauda, ​​kas nepieciešama dažādu ķēdes bloku darbībai, ir atšķirīga.Visa jauda nāk no radiofrekvences enerģijas, ko saņem tags.Tādēļ ir nepieciešams saprātīgi un vajadzības gadījumā kontrolēt RF enerģijas sadali.

2. RF enerģijas pielietojums dažādos darba laikos

Kad atzīme nonāk lasītāja RF laukā un sāk palielināt jaudu, neatkarīgi no tā, kādu signālu lasītājs šobrīd sūta, atzīme visu saņemto RF enerģiju piegādās sprieguma dubultošanas taisngrieža ķēdei, lai uzlādētu mikroshēmas enerģijas uzglabāšanas kondensatoru. , tādējādi izveidojot mikroshēmas barošanas avotu.

Kad lasītājs pārraida komandas signālu, lasītāja pārraides signāls ir signāls, ko kodē komandas dati un amplitūda, ko modulē izkliedētā spektra secība.Ir nesēja komponenti un sānjoslas komponenti, kas attēlo komandu datus un izkliedētā spektra sekvences signālā, ko saņem tags.Saņemtā signāla kopējā enerģija, nesēja enerģija un sānjoslas komponenti ir saistīti ar modulāciju.Šajā laikā modulācijas komponents tiek izmantots, lai pārraidītu komandas sinhronizācijas informāciju un izkliedētā spektra secību, un kopējā enerģija tiek izmantota, lai uzlādētu mikroshēmas enerģijas uzkrāšanas kondensatoru, kas vienlaikus sāk piegādāt strāvu mikroshēmai. sinhronizācijas ekstrakcijas ķēde un komandas signāla demodulācijas shēmas bloks.Tāpēc laikā, kad lasītājs nosūta instrukciju, birkas saņemtā radiofrekvences enerģija tiek izmantota, lai tags turpinātu uzlādi, izvilktu sinhronizācijas signālu, demodulētu un identificētu instrukcijas signālu.Enerģijas uzglabāšanas kondensators ir peldošā lādiņa barošanas avota stāvoklī.

Kad birka reaģē uz lasītāju, lasītāja pārraidītais signāls ir signāls, ko modulē izkliedētā spektra izkliedētā spektra mikroshēmas ātruma apakšātruma pulksteņa amplitūda.Tags saņemtajā signālā ir nesēja komponenti un sānjoslas komponenti, kas atspoguļo izkliedētā spektra mikroshēmas ātruma apakšātruma pulksteni.Šobrīd modulācijas komponents tiek izmantots, lai pārraidītu mikroshēmas ātrumu un ātruma pulksteņa informāciju izkliedētā spektra secībā, un kopējā enerģija tiek izmantota, lai uzlādētu mikroshēmas enerģijas uzglabāšanas kondensatoru un modulētu saņemtos datus un nosūtītu atbildi uz lasītājs.Mikroshēmas sinhronizācijas ekstrakcijas ķēde un atbildes signāla modulācijas shēmas bloks nodrošina jaudu.Tāpēc laikā, kad lasītājs saņem atbildi, tags saņem radiofrekvences enerģiju un tiek izmantots, lai tags turpinātu uzlādi, tiek iegūts mikroshēmas sinhronizācijas signāls un atbildes dati tiek modulēti un tiek nosūtīta atbilde.Enerģijas uzglabāšanas kondensators ir peldošā lādiņa barošanas avota stāvoklī.

Īsāk sakot, papildus tam, ka marķējums nonāk lasītāja RF laukā un sāk izveidot barošanas periodu, marķējums visu saņemto RF enerģiju piegādās spriegumu divkāršojošai taisngrieža ķēdei, lai uzlādētu mikroshēmas enerģijas uzglabāšanas kondensatoru, tādējādi izveidojot mikroshēmas barošanas avots.Pēc tam atzīme iegūst sinhronizāciju no saņemtā radiofrekvences signāla, ievieš komandu demodulāciju vai modulē un pārsūta atbildes datus, un tas viss izmanto saņemto radiofrekvences enerģiju.

3. RF enerģijas prasības dažādiem lietojumiem

(1) RF enerģijas prasības bezvadu enerģijas pārraidei

Bezvadu jaudas pārsūtīšana nodrošina marķējuma barošanas avotu, tāpēc tam ir nepieciešams gan pietiekams spriegums, lai vadītu mikroshēmas ķēdi, gan pietiekama jauda un nepārtraukta barošanas avota iespēja.

Bezvadu elektroenerģijas pārvades barošanas bloks ir paredzēts, lai izveidotu barošanas avotu, saņemot lasītāja RF lauka enerģiju un sprieguma dubultošanos, ja marķējumam nav barošanas avota.Tāpēc tā uztveršanas jutību ierobežo priekšējās noteikšanas diodes caurules sprieguma kritums.CMOS mikroshēmām sprieguma dubultošanas taisnošanas uztveršanas jutība ir no -11 līdz -0,7 dBm, tas ir pasīvo tagu sašaurinājums.

(2) RF enerģijas prasības saņemtā signāla noteikšanai

Kamēr sprieguma dubultošanas taisnošana nodrošina mikroshēmas barošanas avotu, birkam ir jāsadala daļa no saņemtās radiofrekvences enerģijas, lai nodrošinātu signāla noteikšanas ķēdi, tostarp komandas signāla noteikšanu un sinhronā pulksteņa noteikšanu.Tā kā signāla noteikšana tiek veikta ar nosacījumu, ka ir izveidots birkas barošanas avots, demodulācijas jutību neierobežo priekšējās noteikšanas diodes caurules sprieguma kritums, tāpēc uztveršanas jutība ir daudz augstāka nekā bezvadu jauda. pārraides uztveršanas jutība, un tā pieder signāla amplitūdas noteikšanai, un nav jaudas stipruma prasības.

(3) RF enerģijas prasības marķējuma reakcijai

Kad tags reaģē uz nosūtīšanu, papildus sinhronā pulksteņa noteikšanai tai ir arī jāveic pseido-PSK modulācija saņemtajā nesējā (kas satur pulksteņa modulācijas apvalku) un jārealizē reversā pārraide.Šajā laikā ir nepieciešams noteikts jaudas līmenis, un tā vērtība ir atkarīga no lasītāja attāluma līdz atzīmei un lasītāja uztveršanas jutības.Tā kā lasītāja darba vide ļauj izmantot sarežģītākus dizainus, uztvērējs var ieviest zema trokšņa līmeņa priekšgala dizainu, un koda dalīšanas radiofrekvenču identifikācija izmanto izkliedētā spektra modulāciju, kā arī izkliedētā spektra pastiprinājumu un PSK sistēmas pastiprinājumu. , lasītāja jutība var būt izveidota pietiekami augsta.Lai prasības etiķetes atgriešanās signālam tiktu pietiekami samazinātas.

Rezumējot, marķējuma saņemtā radiofrekvences jauda galvenokārt tiek piešķirta kā bezvadu jaudas pārvades sprieguma dubultotāja taisnošanas enerģija, un pēc tam tiek piešķirts atbilstošs marķējuma signāla noteikšanas līmenis un atbilstošs atgriešanās modulācijas enerģijas daudzums, lai sasniegtu saprātīgu enerģiju. sadali un nodrošināt nepārtrauktu enerģijas uzkrāšanas kondensatora uzlādi.ir iespējams un saprātīgs dizains.

Redzams, ka pasīvo tagu uztvertajai radiofrekvences enerģijai ir dažādas pielietojuma prasības, tāpēc nepieciešama radiofrekvences jaudas sadales konstrukcija;radiofrekvenču enerģijas pielietošanas prasības dažādos darba periodos ir atšķirīgas, tāpēc ir nepieciešams radiofrekvences jaudas sadales projekts atbilstoši dažādu darba periodu vajadzībām;Dažādām lietojumprogrammām ir atšķirīgas prasības attiecībā uz RF enerģiju, tostarp bezvadu enerģijas pārraidei ir nepieciešams visvairāk enerģijas, tāpēc RF jaudas sadalei jākoncentrējas uz bezvadu enerģijas pārraides vajadzībām.

UHF RFID pasīvie tagi izmanto bezvadu strāvas pārraidi, lai izveidotu tagu barošanas avotu.Tāpēc barošanas avota efektivitāte ir ārkārtīgi zema, un barošanas avota jauda ir ļoti vāja.Tagu mikroshēmai jābūt konstruētai ar zemu enerģijas patēriņu.Mikroshēmas ķēde tiek darbināta, uzlādējot un izlādējot mikroshēmā esošo enerģijas uzglabāšanas kondensatoru.Tāpēc, lai nodrošinātu nepārtrauktu etiķetes darbību, enerģijas uzglabāšanas kondensators ir nepārtraukti jāuzlādē.Marķējuma uztvertajai radiofrekvences enerģijai ir trīs dažādi pielietojumi: sprieguma divkāršošana strāvas padevei, komandas signāla uztveršana un demodulācija, kā arī atbildes signāla modulācija un pārraide.Tostarp sprieguma dubultošanas taisnošanas uztveršanas jutību ierobežo taisngrieža diodes sprieguma kritums, kas kļūst par gaisa saskarni.sašaurinājums.Šī iemesla dēļ signāla uztveršana un demodulācija un atbildes signāla modulācija un pārraide ir pamatfunkcijas, kas RFID sistēmai jānodrošina.Jo spēcīgāka ir sprieguma dubultotāja taisngrieža birkas barošanas jauda, ​​jo konkurētspējīgāks ir produkts.Tāpēc kritērijs saņemtās RF enerģijas racionālai sadalei marķējuma sistēmas projektēšanā ir pēc iespējas palielināt RF enerģijas padevi ar sprieguma dubultotāja taisnošanu, pamatojoties uz priekšnoteikumu, ka tiek nodrošināta saņemtā signāla demodulācija un atbildes pārraide. signāls.