Вести

Како најосновниот дел од пасивната технологија Интернет на нештата, пасивните ознаки UHF RFID се широко користени во голем број апликации како што се малопродажба на супермаркети, логистика и складирање, архиви на книги, следливост против фалсификување итн. Само во 2021 година, глобалната износот на превозот е повеќе од 20 милијарди.Во практични апликации, на што точно се потпира чипот на пасивната ознака UHF RFID за снабдување со енергија?

Карактеристиките на напојувањето на пасивната ознака UHF RFID

1. Се напојува со безжично напојување

Безжичниот пренос на енергија користи безжично електромагнетно зрачење за пренос на електрична енергија од едно до друго место.Работниот процес е да се претвори електричната енергија во радиофреквентна енергија преку осцилација на радиофреквенцијата, а енергијата на радиофреквенцијата се претвора во енергија на радио електромагнетно поле преку предавателната антена.Енергијата на радио електромагнетното поле се шири низ просторот и стигнува до приемната антена, потоа повторно се претвора во енергија на радиофреквенција од страна на приемната антена, а бранот за откривање станува DC енергија.

Во 1896 година, Италијанецот Гуљелмо Маркезе Маркони го измислил радиото, кое реализирало пренос на радио сигнали низ вселената.Во 1899 година, Американецот Никола Тесла ја предложил идејата за користење на безжичен пренос на енергија и воспоставил антена висока 60 метри, со индуктивност натоварена во дно, капацитет вчитана на врвот во Колорадо, користејќи фреквенција од 150 kHz за да внесува 300 kW енергија.Пренесува на растојание до 42 km и добива 10 kW безжична приемна моќ на приемниот крај.

Напојувањето со пасивна ознака UHF RFID ја следи оваа идеја, а читачот ја снабдува напојувањето со ознаката преку радиофреквенција.Сепак, постои огромна разлика помеѓу напојувањето со пасивна ознака UHF RFID и тестот на Тесла: фреквенцијата е речиси десет илјади пати поголема, а големината на антената е намалена за илјада пати.Бидејќи загубата на безжичниот пренос е пропорционална на квадратот на фреквенцијата и пропорционална на квадратот на растојанието, јасно е дека зголемувањето на загубата во преносот е огромно.Наједноставниот режим на безжично ширење е ширење на слободен простор.Загубата на ширење е обратно пропорционална на квадратот на брановата должина на ширење и пропорционална на квадратот на растојанието.Загубата на ширење на слободен простор е LS=20lg(4πd/λ).Ако единицата за растојание d е m, а единицата за фреквенција f е MHz, тогаш LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID системот се базира на механизмот за безжичен пренос на енергија.Пасивната ознака нема сопствено напојување.Треба да ја прима енергијата на радио фреквенцијата што ја емитува читачот и да воспостави еднонасочно напојување преку исправка на удвојување на напонот, што значи воспоставување на еднонасочна струја преку пумпата за полнење Диксон.

Применливото растојание за комуникација на воздушниот интерфејс UHF RFID главно се одредува од преносната моќност на читачот и основната загуба на ширење во просторот.Моќта на пренос на RFID читателот на UHF опсег обично е ограничена на 33 dBm.Од основната формула за загуба на ширење, игнорирајќи ги сите други можни загуби, може да се пресмета моќноста на RF што допира до ознаката преку безжичниот пренос на енергија.Односот помеѓу растојанието за комуникација на воздушниот интерфејс UHF RFID и основната загуба на ширење и моќта на RF што ја достигнува ознаката се прикажани во табелата:

Од табелата може да се види дека безжичниот пренос на енергија UHF RFID има карактеристики на големи загуби во преносот.Бидејќи РФИД е во согласност со националните правила за комуникација на кратки растојанија, преносната моќ на читачот е ограничена, така што ознаката може да обезбеди мала моќност.Како што се зголемува растојанието за комуникација, енергијата на радиофреквенцијата што ја прима пасивната ознака се намалува според фреквенцијата, а капацитетот на напојувањето брзо се намалува.

2. Спроведување на напојување со полнење и празнење на кондензатори за складирање енергија на чипот

(1) Карактеристики на полнење и празнење на кондензаторот

Пасивните ознаки користат безжичен пренос на енергија за да добијат енергија, да ја претворат во DC напон, да ги полнат и складираат кондензаторите на чипот, а потоа да го напојуваат товарот преку празнење.Затоа, процесот на напојување на пасивни ознаки е процес на полнење и празнење на кондензаторот.Процесот на воспоставување е чист процес на полнење, а процесот на напојување е процес на празнење и дополнително полнење.Дополнителното полнење мора да започне пред напонот на празнење да го достигне минималниот напон на напојување на чипот.

(2) Параметри за полнење и празнење на кондензаторот

1) Параметри за полнење

Должина на време на полнење: τC=RC×C

Напон на полнење:

струја за полнење:

каде што RC е отпорник за полнење, а C е кондензатор за складирање енергија.

2) Параметри за празнење

Должина на време на празнење: τD=RD×C

Напон на празнење:

Струја на празнење:

Во формулата, RD е отпор на празнење, а C е кондензатор за складирање енергија.

Горенаведеното ги прикажува карактеристиките на напојувањето на пасивните ознаки.Тоа не е ниту извор на постојан напон, ниту извор на постојана струја, туку полнење и празнење на кондензаторот за складирање енергија.Кога кондензаторот за складирање енергија на чипот е наполнет над работниот напон V0 на колото на чипот, тој може да ја напојува ознаката.Кога кондензаторот за складирање на енергија почнува да напојува, напонот на неговото напојување почнува да опаѓа.Кога ќе падне под работниот напон на чипот V0, кондензаторот за складирање енергија ја губи способноста за напојување и чипот не може да продолжи да работи.Затоа, ознаката за воздушниот интерфејс треба да има доволен капацитет за повторно полнење на ознаката.

Може да се види дека режимот за напојување на пасивни ознаки е погоден за карактеристиките на рафалната комуникација, а на напојувањето на пасивните ознаки, исто така, му е потребна поддршка за континуирано полнење.

3 Биланс на понуда и побарувачка

Напојувањето со пловечко полнење е уште еден метод за напојување, а капацитетот за напојување со лебдечки полнење е прилагоден на капацитетот за празнење.Но, сите тие имаат заеднички проблем, односно напојувањето на пасивните ознаки UHF RFID треба да ги балансира понудата и побарувачката.

(1) Режим на напојување со рамнотежа на понудата и побарувачката за рафална комуникација

Тековниот стандард ISO/IEC18000-6 на пасивните ознаки UHF RFID припаѓа на системот за рафална комуникација.За пасивни ознаки, не се пренесува сигнал за време на периодот на примање.Иако периодот на одговор го прима носечкиот бран, тој е еквивалентен на стекнување на изворот на осцилација, така што може да се смета како симплекс работа.Начин.За оваа апликација, ако периодот на примање се користи како период на полнење на кондензаторот за складирање енергија, а периодот на одговор е периодот на празнење на кондензаторот за складирање енергија, еднаква количина на полнење и празнење за одржување на рамнотежата на понудата и побарувачката станува неопходен услов за одржување на нормалното функционирање на системот.Од механизмот за напојување на гореспоменатата пасивна ознака UHF RFID може да се знае дека напојувањето на пасивната ознака UHF RFID не е ниту постојан извор на струја ниту извор на постојан напон.Кога кондензаторот за складирање на енергија на ознаката се полни на напон повисок од нормалниот работен напон на колото, напојувањето започнува;кога кондензаторот за складирање на енергија на ознаката е испразнет на напон помал од нормалниот работен напон на колото, напојувањето се прекинува.

За рафална комуникација, како што е воздушниот интерфејс за пасивна ознака UHF RFID, полнењето може да се наполни пред ознаката да испрати одговор пукна, доволно за да се осигура дека може да се одржи доволно напон додека не се заврши одговорот.Затоа, покрај доволно силното зрачење на радиофреквенцијата што може да го прими ознаката, чипот исто така треба да има доволно голем капацитет на чипот и доволно долго време на полнење.Потрошувачката на енергија и времето на одговор на одговорот на ознаката исто така мора да се прилагодат.Поради растојанието помеѓу ознаката и читачот, времето на одговор е различно, површината на кондензаторот за складирање енергија е ограничена и други фактори, може да биде тешко да се балансираат понудата и побарувачката во временската поделба.

(2) Лебдечки режим на напојување за континуирана комуникација

За континуирана комуникација, за да се одржи непреченото напојување на кондензаторот за складирање енергија, тој мора да се испразни и полни истовремено, а брзината на полнење е слична на брзината на празнење, односно капацитетот на напојување се одржува пред комуникацијата е прекината.

Идентификацијата на радиофреквенцијата со поделба на кодот на пасивна ознака и тековниот стандард за пасивна ознака UHF RFID, ISO/IEC18000-6 имаат заеднички карактеристики.Состојбата што ја прима ознаката треба да се демодулира и декодира, а состојбата на одговор треба да се модулира и испрати.Затоа, треба да биде дизајниран според континуирана комуникација.Таг чип систем за напојување.За да може брзината на полнење да биде слична на стапката на празнење, најголемиот дел од енергијата што ја добива ознаката мора да се користи за полнење.

Заеднички RF ресурси

1. RF преден дел за пасивни ознаки

Пасивните ознаки не се користат само како извор на енергија на ознаките и разгледниците до енергијата на радио фреквенцијата од читателите, туку уште поважно, преносот на инструкцискиот сигнал од читачот до ознаката и преносот на сигналот за одговор од ознаката до читачот се реализирани преку безжичен пренос на податоци.Енергијата на радио фреквенцијата што ја добива ознаката треба да се подели на три дела, кои соодветно се користат за чипот да го воспостави напојувањето, да го демодулира сигналот (вклучувајќи го командниот сигнал и часовникот за синхронизација) и да го обезбеди носачот на одговор.

Работниот режим на тековниот стандард UHF RFID ги има следните карактеристики: каналот за долна врска го прифаќа режимот на емитување, а каналот за нагорна линија го прифаќа режимот на споделување повеќе ознаки за одговор на секвенца од еден канал.Затоа, во однос на преносот на информации, тој спаѓа во симплекс режимот на работа.Меѓутоа, бидејќи самата ознака не може да го обезбеди преносниот носач, одговорот на ознаката треба да му обезбеди на носачот помош од читачот.Затоа, кога ознаката одговара, што се однесува до состојбата на испраќање, двата краја на комуникацијата се во дуплекс работна состојба.

Во различни работни состојби, единиците на кола што се ставаат во работа од ознаката се различни, а моќноста потребна за работа на различни единици на кола е исто така различна.Целата моќност доаѓа од енергијата на радио фреквенцијата што ја добива ознаката.Затоа, неопходно е разумно и кога е соодветно да се контролира дистрибуцијата на RF енергија.

2. Примена на RF енергија во различни работни часови

Кога ознаката ќе влезе во полето за RF на читачот и ќе почне да создава енергија, без разлика каков сигнал ќе испрати читачот во овој момент, ознаката ќе ја испорача сета добиена RF енергија до колото за исправувач за удвојување на напон за да го наполни кондензаторот за складирање енергија на чипот. , со што се воспоставува напојувањето на чипот.

Кога читачот го пренесува командниот сигнал, сигналот за пренос на читателот е сигнал кодиран од командните податоци и амплитудата модулирана од секвенцата на распространет спектар.Постојат носечки компоненти и компоненти на страничната лента што ги претставуваат командните податоци и секвенците на распространет спектар во сигналот што го прима ознаката.Вкупната енергија, енергијата на носителот и компонентите на страничната лента на примениот сигнал се поврзани со модулацијата.Во тоа време, компонентата за модулација се користи за пренос на информациите за синхронизација на командата и низата на распространет спектар, а вкупната енергија се користи за полнење на кондензаторот за складирање енергија на чипот, кој истовремено започнува да снабдува енергија на чипот. коло за извлекување на синхронизација и единица на колото за демодулација на командниот сигнал.Затоа, во периодот кога читачот испраќа инструкција, енергијата на радиофреквенцијата што ја добива ознаката се користи за ознаката да продолжи да се полни, да го извлече сигналот за синхронизација, да го демодулира и да го идентификува инструкцискиот сигнал.Кондензаторот за складирање енергија на ознаката е во состојба на напојување со лебдечко полнење.

Кога ознаката одговара на читачот, пренесениот сигнал на читачот е сигнал кој е модулиран од амплитудата на часовникот на стапката на под-стапка на чип со раширен спектар на распространет спектар.Во сигналот што го прима ознаката, има компоненти на носител и компоненти на страничната лента што го претставуваат часовникот на стапката на под-стапка на чипот со распространет спектар.Во тоа време, компонентата за модулација се користи за пренос на информации за брзината на чипот и брзината на часовникот на низата на распространет спектар, а вкупната енергија се користи за полнење на кондензаторот за складирање енергија на чипот и за модулирање на примените податоци и испраќање одговор на читач.Колото за извлекување на синхронизацијата на чипот и единицата на колото за модулација на сигналот за одговор напојуваат.Затоа, во периодот кога читачот го прима одговорот, ознаката ја прима енергијата на радиофреквенцијата и се користи за ознаката да продолжи да се полни, се извлекува сигналот за синхронизација на чипот и се модулираат податоците за одговорот и се испраќа одговорот.Кондензаторот за складирање енергија на ознаката е во состојба на напојување со лебдечко полнење.

Накратко, покрај тоа што ознаката ќе влезе во полето за RF на читачот и ќе започне да воспоставува период на напојување, ознаката ќе ја снабдува целата добиена RF енергија на колото за исправување на напонот за удвојување за полнење на кондензаторот за складирање енергија на чипот, со што ќе се воспостави напојување со чип.Последователно, ознаката ја извлекува синхронизацијата од примениот сигнал на радиофреквенцијата, ја имплементира командната демодулација или ги модулира и пренесува податоците од одговорот, од кои сите ја користат добиената енергија на радиофреквенцијата.

3. Барања за RF енергија за различни апликации

(1) Барања за RF енергија за безжичен пренос на енергија

Безжичниот пренос на енергија го воспоставува напојувањето за ознаката, така што бара и доволен напон за придвижување на колото на чипот и доволна моќност и способност за континуирано напојување.

Напојувањето на безжичниот пренос на енергија е да го воспостави напојувањето со примање на енергијата на полето RF на читачот и исправка на удвојување на напонот кога ознаката нема напојување.Затоа, неговата чувствителност на примање е ограничена со падот на напонот на предната цевка за откривање на диодите.За CMOS чиповите, чувствителноста на примање на исправување на удвојување на напонот е помеѓу -11 и -0,7 dBm, тоа е тесно грло на пасивни ознаки.

(2) Барања за RF енергија за откривање на примен сигнал

Додека исправката за удвојување на напонот го воспоставува напојувањето на чипот, ознаката треба да подели дел од добиената енергија на радиофреквенцијата за да обезбеди коло за откривање сигнал, вклучувајќи откривање на команден сигнал и детекција на синхрони часовник.Бидејќи откривањето на сигналот се изведува под услов да е воспоставено напојувањето на ознаката, чувствителноста на демодулацијата не е ограничена со падот на напонот на предната цевка за откривање на диодите, така што чувствителноста на примачот е многу повисока од безжичната моќност пренос прима чувствителност, и припаѓа на сигналот за откривање амплитуда, и не постои сила сила барање.

(3) Барања за RF енергија за одговор на ознаката

Кога ознаката реагира на испраќање, покрај откривањето на синхрониот часовник, треба да изврши и псевдо-PSK модулација на примениот носач (што го содржи обвивката за модулација на часовникот) и да реализира обратен пренос.Во тоа време, потребно е одредено ниво на моќност, а неговата вредност зависи од растојанието на читачот до ознаката и чувствителноста на читачот за примање.Бидејќи работната средина на читачот дозволува употреба на посложени дизајни, ресиверот може да имплементира преден дизајн со низок шум, а идентификацијата на радиофреквенцијата со поделба на кодот користи модулација на распространет спектар, како и засилување на спектарот на шири и засилување на системот PSK , чувствителноста на читателот може да биде дизајнирана да биде доволно висока.Така што барањата за повратниот сигнал на етикетата се доволно намалени.

Сумирајќи, моќноста на радио фреквенцијата што ја добива ознаката главно се распределува како енергија за исправување на удвојувачот на напонот на безжичниот пренос, а потоа соодветното количество на ниво на детекција на сигналот на ознаката и соодветната количина на повратна модулациска енергија се распределуваат за да се постигне разумна енергија дистрибуција и да се обезбеди континуирано полнење на кондензаторот за складирање енергија.е можен и разумен дизајн.

Може да се види дека енергијата на радиофреквенцијата што ја добиваат пасивните ознаки има различни барања за примена, па затоа е потребен дизајн за дистрибуција на енергија на радио фреквенција;барањата за примена на радиофреквентната енергија во различни работни периоди се различни, па затоа е неопходно да се има дизајн за дистрибуција на електрична енергија на радио фреквенција според потребите на различни работни периоди;Различни апликации имаат различни барања за RF енергија, меѓу кои безжичниот пренос на енергија бара најмногу енергија, така што распределбата на RF енергија треба да се фокусира на потребите на безжичниот пренос на енергија.

UHF RFID пасивните ознаки користат безжичен пренос на енергија за да воспостават напојување со ознака.Затоа, ефикасноста на напојувањето е исклучително мала, а способноста за напојување е многу слаба.Чипот за ознаки мора да биде дизајниран со мала потрошувачка на енергија.Колото на чипот се напојува со полнење и празнење на кондензаторот за складирање енергија на чипот.Затоа, за да се обезбеди континуирано функционирање на етикетата, кондензаторот за складирање енергија мора постојано да се полни.Енергијата на радио фреквенцијата што ја добива ознаката има три различни примени: исправување на удвојување на напон за напојување, прием и демодулација на командниот сигнал и модулација и пренос на сигналот за одговор.Меѓу нив, чувствителноста на примање на исправување на удвојување на напонот е ограничена со падот на напонот на исправувачката диода, која станува воздушен интерфејс.тесно грло.Поради оваа причина, приемот и демодулацијата на сигналот и модулацијата и преносот на сигналот за одговор се основните функции што мора да ги обезбеди РФИД системот.Колку е посилна способноста за напојување на ознаката за исправувач на удвојувач на напон, толку е поконкурентен производот.Затоа, критериумот за рационална распределба на добиената RF енергија во дизајнот на системот за ознаки е да се зголеми напојувањето со RF енергија со исправка на удвојувач на напон колку што е можно повеќе со премиса да се обезбеди демодулација на примениот сигнал и пренос на одговорот. сигнал.