Berita

Sebagai bahagian paling asas teknologi Internet of Things pasif, tag pasif UHF RFID telah digunakan secara meluas dalam sejumlah besar aplikasi seperti runcit pasar raya, logistik dan pergudangan, arkib buku, kebolehkesanan anti-pemalsuan, dll. Hanya pada tahun 2021, global jumlah penghantaran adalah lebih daripada 20 bilion.Dalam aplikasi praktikal, apakah sebenarnya yang bergantung kepada cip tag pasif RFID UHF untuk membekalkan kuasa?

Ciri-ciri bekalan kuasa tag pasif RFID UHF

1. Dikuasakan oleh kuasa tanpa wayar

Penghantaran kuasa tanpa wayar menggunakan sinaran elektromagnet tanpa wayar untuk memindahkan tenaga elektrik dari satu tempat ke tempat lain.Proses kerja adalah untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga frekuensi radio melalui ayunan frekuensi radio, dan tenaga frekuensi radio ditukar kepada tenaga medan elektromagnet radio melalui antena pemancar.Tenaga medan elektromagnet radio merambat melalui ruang dan mencapai antena penerima, kemudian ia ditukar kembali kepada tenaga frekuensi radio oleh antena penerima, dan gelombang pengesanan menjadi tenaga DC.

Pada tahun 1896, Guglielmo Marchese Marconi dari Itali mencipta radio, yang merealisasikan penghantaran isyarat radio merentasi angkasa.Pada tahun 1899, Nikola Tesla dari Amerika mencadangkan idea untuk menggunakan penghantaran kuasa tanpa wayar, dan menubuhkan antena yang tingginya 60m, induktansi dimuatkan dalam botton, kapasitansi dimuatkan di bahagian atas di Colorado, menggunakan frekuensi 150kHz untuk memasukkan kuasa 300kW.Ia memancarkan jarak sehingga 42km, dan memperoleh 10kW kuasa penerima wayarles di hujung penerima.

Bekalan kuasa tag pasif UHF RFID mengikut idea ini, dan pembaca membekalkan kuasa kepada tag melalui frekuensi radio.Walau bagaimanapun, terdapat perbezaan besar antara bekalan kuasa tag pasif UHF RFID dan ujian Tesla: kekerapannya hampir sepuluh ribu kali lebih tinggi, dan saiz antena dikurangkan sebanyak seribu kali.Memandangkan kehilangan penghantaran wayarles adalah berkadar dengan kuasa dua frekuensi dan berkadar dengan kuasa dua jarak, adalah jelas bahawa peningkatan kehilangan penghantaran adalah besar.Mod perambatan wayarles yang paling mudah ialah perambatan ruang bebas.Kehilangan perambatan adalah berkadar songsang dengan kuasa dua panjang gelombang perambatan dan berkadar dengan kuasa dua jarak.Kehilangan perambatan ruang bebas ialah LS=20lg(4πd/λ).Jika unit jarak d ialah m dan unit frekuensi f ialah MHz, maka LS= -27.56+20lgd+20lgf.

Sistem RFID UHF adalah berdasarkan mekanisme penghantaran kuasa tanpa wayar.Tag pasif tidak mempunyai bekalan kuasa sendiri.Ia perlu menerima tenaga frekuensi radio yang dipancarkan oleh pembaca dan mewujudkan bekalan kuasa DC melalui pembetulan penggandaan voltan, yang bermaksud mewujudkan bekalan kuasa DC melalui pam caj Dickson.

Jarak komunikasi terpakai antara muka udara UHF RFID ditentukan terutamanya oleh kuasa penghantaran pembaca dan kehilangan perambatan asas dalam ruang.Kuasa penghantaran pembaca RFID jalur UHF biasanya terhad kepada 33dBm.Daripada formula kehilangan perambatan asas, mengabaikan sebarang kemungkinan kerugian lain, kuasa RF yang mencapai tag melalui penghantaran kuasa tanpa wayar boleh dikira.Hubungan antara jarak komunikasi antara muka udara UHF RFID dan kehilangan perambatan asas dan kuasa RF yang mencapai teg ditunjukkan dalam jadual:

Ia boleh dilihat dari jadual bahawa penghantaran kuasa wayarles UHF RFID mempunyai ciri-ciri kehilangan penghantaran yang besar.Memandangkan RFID mematuhi peraturan komunikasi jarak dekat kebangsaan, kuasa penghantaran pembaca adalah terhad, jadi tag boleh membekalkan kuasa rendah.Apabila jarak komunikasi meningkat, tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag pasif berkurangan mengikut frekuensi, dan kapasiti bekalan kuasa berkurangan dengan cepat.

2. Laksanakan bekalan kuasa dengan mengecas dan menyahcas kapasitor storan tenaga pada cip

(1) Ciri-ciri cas dan nyahcas kapasitor

Tag pasif menggunakan penghantaran kuasa tanpa wayar untuk mendapatkan tenaga, menukarnya kepada voltan DC, mengecas dan menyimpan kapasitor pada cip, dan kemudian membekalkan kuasa kepada beban melalui nyahcas.Oleh itu, proses bekalan kuasa tag pasif ialah proses mengecas dan menyahcas kapasitor.Proses penubuhan adalah proses pengecasan tulen, dan proses bekalan kuasa adalah proses pelepasan dan pengecasan tambahan.Pengecasan tambahan mesti bermula sebelum voltan nyahcas mencapai voltan bekalan minimum cip.

(2) Parameter caj dan nyahcas kapasitor

1) Parameter pengecasan

Panjang masa pengecasan: τC=RC×C

Mengecas voltan:

semasa mengecas:

di mana RC ialah perintang pengecasan dan C ialah kapasitor simpanan tenaga.

2) Parameter pelepasan

Panjang masa pelepasan: τD=RD×C

Voltan nyahcas:

Arus nyahcas:

Dalam formula, RD ialah rintangan nyahcas, dan C ialah kapasitor simpanan tenaga.

Di atas menunjukkan ciri bekalan kuasa tag pasif.Ia bukan sumber voltan malar mahupun sumber arus malar, tetapi mengecas dan menyahcas kapasitor simpanan tenaga.Apabila kapasitor storan tenaga pada cip dicas di atas voltan kerja V0 litar cip, ia boleh membekalkan kuasa kepada tag.Apabila kapasitor storan tenaga mula membekalkan kuasa, voltan bekalan kuasanya mula menurun.Apabila ia jatuh di bawah voltan kendalian cip V0, kapasitor storan tenaga kehilangan keupayaan bekalan kuasanya dan cip tidak boleh terus berfungsi.Oleh itu, tag antara muka udara harus mempunyai kapasiti yang mencukupi untuk mengecas semula tag.

Ia boleh dilihat bahawa mod bekalan kuasa tag pasif sesuai untuk ciri komunikasi pecah, dan bekalan kuasa tag pasif juga memerlukan sokongan pengecasan berterusan.

3 Imbangan bekalan dan permintaan

Bekalan kuasa pengecasan terapung ialah kaedah bekalan kuasa lain, dan kapasiti bekalan kuasa pengecasan terapung disesuaikan dengan kapasiti nyahcas.Tetapi mereka semua mempunyai masalah biasa, iaitu, bekalan kuasa tag pasif UHF RFID perlu mengimbangi bekalan dan permintaan.

(1) Mod bekalan kuasa keseimbangan bekalan dan permintaan untuk komunikasi pecah

Standard semasa ISO/IEC18000-6 tag pasif UHF RFID tergolong dalam sistem komunikasi pecah.Untuk tag pasif, tiada isyarat dihantar semasa tempoh penerimaan.Walaupun tempoh tindak balas menerima gelombang pembawa, ia bersamaan dengan memperoleh sumber ayunan, jadi ia boleh dianggap sebagai kerja simpleks.Cara.Untuk aplikasi ini, jika tempoh penerimaan digunakan sebagai tempoh pengecasan kapasitor storan tenaga, dan tempoh tindak balas ialah tempoh nyahcas kapasitor storan tenaga, jumlah cas dan nyahcas yang sama untuk mengekalkan keseimbangan bekalan dan permintaan menjadi syarat yang diperlukan untuk mengekalkan operasi normal sistem.Ia boleh diketahui daripada mekanisme bekalan kuasa tag pasif UHF RFID yang disebutkan di atas bahawa bekalan kuasa tag pasif UHF RFID bukanlah sumber arus malar mahupun sumber voltan malar.Apabila kapasitor storan tenaga tag dicaj pada voltan lebih tinggi daripada voltan kerja biasa litar, bekalan kuasa bermula;apabila kapasitor storan tenaga tag dinyahcaskan kepada voltan yang lebih rendah daripada voltan operasi biasa litar, bekalan kuasa dihentikan.

Untuk komunikasi pecah, seperti antara muka udara UHF RFID tag pasif, caj boleh dicaj sebelum tag menghantar letusan tindak balas, cukup untuk memastikan voltan yang mencukupi dapat dikekalkan sehingga tindak balas selesai.Oleh itu, sebagai tambahan kepada sinaran frekuensi radio yang cukup kuat yang boleh diterima oleh tag, cip juga dikehendaki mempunyai kapasitans pada cip yang cukup besar dan masa pengecasan yang cukup lama.Penggunaan kuasa tindak balas tag dan masa tindak balas juga mesti disesuaikan.Oleh kerana jarak antara tag dan pembaca, masa tindak balas adalah berbeza, kawasan kapasitor penyimpanan tenaga adalah terhad dan faktor lain, mungkin sukar untuk mengimbangi bekalan dan permintaan dalam pembahagian masa.

(2) Mod bekalan kuasa terapung untuk komunikasi berterusan

Untuk komunikasi berterusan, untuk mengekalkan bekalan kuasa yang tidak terganggu bagi kapasitor penyimpanan tenaga, ia mesti dilepaskan dan dicas pada masa yang sama, dan kelajuan pengecasan adalah serupa dengan kelajuan nyahcas, iaitu kapasiti bekalan kuasa dikekalkan sebelum komunikasi ditamatkan.

Pembahagian kod tag pasif pengenalan frekuensi radio dan UHF RFID tag pasif standard semasa ISO/IEC18000-6 mempunyai ciri-ciri biasa.Keadaan penerima teg perlu dinyahkodkan dan dinyahkod, dan keadaan tindak balas perlu dimodulasi dan dihantar.Oleh itu, ia harus direka bentuk mengikut komunikasi berterusan.Sistem bekalan kuasa cip tag.Agar kadar pengecasan sama dengan kadar nyahcas, kebanyakan tenaga yang diterima oleh teg mesti digunakan untuk mengecas.

Sumber RF yang dikongsi

1. Bahagian hadapan RF untuk tag pasif

Tag pasif bukan sahaja digunakan sebagai sumber kuasa tag dan poskad kepada tenaga frekuensi radio daripada pembaca, tetapi yang lebih penting, penghantaran isyarat arahan daripada pembaca ke tag dan penghantaran isyarat tindak balas daripada tag kepada pembaca adalah direalisasikan melalui penghantaran data tanpa wayar.Tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag hendaklah dibahagikan kepada tiga bahagian, yang masing-masing digunakan untuk cip untuk mewujudkan bekalan kuasa, menyahmodulasi isyarat (termasuk isyarat arahan dan jam penyegerakan) dan menyediakan pembawa tindak balas.

Mod kerja RFID UHF standard semasa mempunyai ciri-ciri berikut: saluran pautan bawah menggunakan mod siaran, dan saluran pautan atas menggunakan mod tindak balas jujukan saluran tunggal perkongsian berbilang tag.Oleh itu, dari segi penghantaran maklumat, ia tergolong dalam mod operasi simplex.Walau bagaimanapun, kerana teg itu sendiri tidak dapat menyediakan pembawa penghantaran, respons teg perlu menyediakan pembawa dengan bantuan pembaca.Oleh itu, apabila teg bertindak balas, setakat keadaan penghantaran, kedua-dua hujung komunikasi berada dalam keadaan kerja dupleks.

Dalam keadaan kerja yang berbeza, unit litar yang digunakan oleh tag adalah berbeza, dan kuasa yang diperlukan untuk unit litar yang berbeza berfungsi juga berbeza.Semua kuasa datang daripada tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag.Oleh itu, adalah perlu untuk mengawal pengagihan tenaga RF secara munasabah dan apabila sesuai.

2. Aplikasi tenaga RF dalam waktu kerja yang berbeza

Apabila teg memasuki medan RF pembaca dan mula membina kuasa, tidak kira apa isyarat yang dihantar oleh pembaca pada masa ini, teg akan membekalkan semua tenaga RF yang diterima kepada litar penerus penggandaan voltan untuk mengecas kapasitor storan tenaga pada cip , dengan itu mewujudkan bekalan kuasa cip.

Apabila pembaca menghantar isyarat arahan, isyarat penghantaran pembaca ialah isyarat yang dikodkan oleh data arahan dan amplitud yang dimodulasi oleh jujukan spektrum penyebaran.Terdapat komponen pembawa dan komponen jalur sisi yang mewakili data arahan dan jujukan spektrum penyebaran dalam isyarat yang diterima oleh teg.Jumlah tenaga, tenaga pembawa, dan komponen jalur sisi bagi isyarat yang diterima adalah berkaitan dengan modulasi.Pada masa ini, komponen modulasi digunakan untuk menghantar maklumat penyegerakan arahan dan jujukan spektrum penyebaran, dan jumlah tenaga digunakan untuk mengecas kapasitor penyimpanan tenaga pada cip, yang pada masa yang sama mula membekalkan kuasa kepada cip litar pengekstrakan penyegerakan dan unit litar penyahmodulasi isyarat arahan.Oleh itu, dalam tempoh pembaca menghantar arahan, tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag digunakan untuk teg terus mengecas, mengekstrak isyarat penyegerakan, menyahmodulasi dan mengenal pasti isyarat arahan.Kapasitor storan tenaga tag berada dalam keadaan bekalan kuasa cas terapung.

Apabila teg bertindak balas kepada pembaca, isyarat yang dihantar pembaca ialah isyarat yang dimodulasi oleh amplitud spektrum penyebaran spektrum kadar cip jam subkadar.Dalam isyarat yang diterima oleh teg, terdapat komponen pembawa dan komponen jalur sisi yang mewakili jam subkadar kadar cip spektrum penyebaran.Pada masa ini, komponen modulasi digunakan untuk menghantar maklumat kadar cip dan kadar jam bagi jujukan spektrum penyebaran, dan jumlah tenaga digunakan untuk mengecas kapasitor storan tenaga pada cip dan memodulasi data yang diterima dan menghantar tindak balas kepada pembaca.Litar pengekstrakan penyegerakan cip dan kuasa bekalan unit litar modulasi isyarat tindak balas.Oleh itu, semasa tempoh pembaca menerima respons, teg menerima tenaga frekuensi radio dan digunakan untuk teg meneruskan pengecasan, isyarat penyegerakan cip diekstrak dan data tindak balas dimodulasi dan tindak balas dihantar.Kapasitor storan tenaga tag berada dalam keadaan bekalan kuasa cas terapung.

Ringkasnya, sebagai tambahan kepada teg yang memasuki medan RF pembaca dan mula mewujudkan tempoh bekalan kuasa, teg akan membekalkan semua tenaga RF yang diterima kepada litar penerus penggandaan voltan untuk mengecas kapasitor storan tenaga pada cip, dengan itu mewujudkan bekalan kuasa cip.Selepas itu, tag mengekstrak penyegerakan daripada isyarat frekuensi radio yang diterima, melaksanakan demodulasi arahan, atau memodulasi dan menghantar data tindak balas, yang kesemuanya menggunakan tenaga frekuensi radio yang diterima.

3. Keperluan tenaga RF untuk aplikasi yang berbeza

(1) Keperluan tenaga RF untuk penghantaran kuasa tanpa wayar

Pemindahan kuasa wayarles mewujudkan bekalan kuasa untuk tag, jadi ia memerlukan kedua-dua voltan yang mencukupi untuk memacu litar cip, dan kuasa yang mencukupi dan keupayaan bekalan kuasa berterusan.

Bekalan kuasa penghantaran kuasa tanpa wayar adalah untuk mewujudkan bekalan kuasa dengan menerima tenaga medan RF pembaca dan pembetulan penggandaan voltan apabila tag tidak mempunyai bekalan kuasa.Oleh itu, sensitiviti penerimaannya dihadkan oleh kejatuhan voltan tiub diod pengesanan bahagian hadapan.Untuk cip CMOS, sensitiviti penerimaan pembetulan penggandaan voltan ialah Antara -11 dan -0.7dBm, ia adalah kesesakan tag pasif.

(2) Keperluan tenaga RF untuk pengesanan isyarat yang diterima

Walaupun pembetulan penggandaan voltan mewujudkan bekalan kuasa cip, tag perlu membahagikan sebahagian daripada tenaga frekuensi radio yang diterima untuk menyediakan litar pengesan isyarat, termasuk pengesanan isyarat arahan dan pengesanan jam segerak.Oleh kerana pengesanan isyarat dilakukan di bawah syarat bekalan kuasa tag telah diwujudkan, kepekaan penyahmodulasi tidak dihadkan oleh penurunan voltan tiub diod pengesanan bahagian hadapan, jadi kepekaan penerimaan adalah jauh lebih tinggi daripada kuasa wayarles transmisi menerima sensitiviti, dan ia tergolong dalam pengesanan amplitud isyarat, dan tidak ada keperluan kekuatan kuasa.

(3) Keperluan tenaga RF untuk tindak balas tag

Apabila tag bertindak balas kepada penghantaran, selain daripada mengesan jam segerak, ia juga perlu melakukan modulasi pseudo-PSK pada pembawa yang diterima (mengandungi sampul modulasi jam) dan merealisasikan penghantaran terbalik.Pada masa ini, tahap kuasa tertentu diperlukan, dan nilainya bergantung pada jarak pembaca ke teg dan kepekaan pembaca untuk menerima.Memandangkan persekitaran kerja pembaca membenarkan penggunaan reka bentuk yang lebih kompleks, penerima boleh melaksanakan reka bentuk hadapan hadapan bunyi rendah, dan pengenalpastian frekuensi radio pembahagian kod menggunakan modulasi spektrum sebaran, serta perolehan spektrum penyebaran dan keuntungan sistem PSK , sensitiviti pembaca mungkin direka untuk menjadi cukup tinggi.Supaya keperluan untuk isyarat pemulangan label cukup dikurangkan.

Ringkasnya, kuasa frekuensi radio yang diterima oleh tag terutamanya diperuntukkan sebagai tenaga pembetulan pengganda voltan penghantaran kuasa wayarles, dan kemudian jumlah tahap pengesanan isyarat tag yang sesuai dan jumlah tenaga modulasi pulangan yang sesuai diperuntukkan untuk mencapai tenaga yang munasabah. pengedaran dan memastikan pengecasan berterusan kapasitor penyimpanan tenaga.adalah reka bentuk yang mungkin dan munasabah.

Ia boleh dilihat bahawa tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag pasif mempunyai pelbagai keperluan aplikasi, jadi reka bentuk pengagihan kuasa frekuensi radio diperlukan;keperluan aplikasi tenaga frekuensi radio dalam tempoh kerja yang berbeza adalah berbeza, jadi perlu mempunyai reka bentuk pengagihan kuasa frekuensi radio mengikut keperluan tempoh kerja yang berbeza;Aplikasi yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza untuk tenaga RF, antaranya penghantaran kuasa tanpa wayar memerlukan kuasa yang paling banyak, jadi peruntukan kuasa RF harus memberi tumpuan kepada keperluan penghantaran kuasa tanpa wayar.

Tag pasif UHF RFID menggunakan penghantaran kuasa wayarles untuk mewujudkan bekalan kuasa tag.Oleh itu, kecekapan bekalan kuasa adalah sangat rendah dan keupayaan bekalan kuasa sangat lemah.Cip tag mesti direka bentuk dengan penggunaan kuasa yang rendah.Litar cip dikuasakan dengan mengecas dan menyahcas kapasitor storan tenaga pada cip.Oleh itu, untuk memastikan operasi berterusan label, kapasitor penyimpanan tenaga mesti dicas secara berterusan.Tenaga frekuensi radio yang diterima oleh tag mempunyai tiga aplikasi berbeza: pembetulan penggandaan voltan untuk bekalan kuasa, penerimaan dan penyahmodulasi isyarat arahan, dan modulasi dan penghantaran isyarat tindak balas.Antaranya, sensitiviti penerimaan pembetulan penggandaan voltan dihadkan oleh penurunan voltan diod penerus, yang menjadi antara muka udara.kesesakan.Atas sebab ini, penerimaan isyarat dan penyahmodulasian serta modulasi dan penghantaran isyarat tindak balas adalah fungsi asas yang mesti dipastikan oleh sistem RFID.Lebih kuat keupayaan bekalan kuasa tag penerus pengganda voltan, lebih kompetitif produk.Oleh itu, kriteria untuk mengagihkan tenaga RF yang diterima secara rasional dalam reka bentuk sistem tag adalah untuk meningkatkan bekalan tenaga RF dengan pembetulan pengganda voltan sebanyak mungkin pada premis untuk memastikan penyahmodulasian isyarat yang diterima dan penghantaran tindak balas. isyarat.