Nyheter

Som den mest grunnleggende delen av passiv Internet of Things-teknologi, har UHF RFID passive tagger blitt mye brukt i et stort antall applikasjoner som supermarked detaljhandel, logistikk og lager, bokarkiver, sporbarhet mot forfalskning osv. Bare i 2021, global fraktbeløpet er mer enn 20 milliarder.I praktiske applikasjoner, hva er egentlig brikken til UHF RFID-passiv tag avhengig av for å levere strøm?

Strømforsyningsegenskapene til UHF RFID passiv tag

1. Drevet av trådløs strøm

Trådløs kraftoverføring er å bruke trådløs elektromagnetisk stråling for å overføre elektrisk energi fra ett sted til et annet.Arbeidsprosessen er å konvertere elektrisk energi til radiofrekvensenergi gjennom radiofrekvensoscillasjon, og radiofrekvensenergien omdannes til radioelektromagnetisk feltenergi gjennom senderantennen.Den radioelektromagnetiske feltenergien forplanter seg gjennom rommet og når mottakerantennen, deretter konverteres den tilbake til radiofrekvensenergi av mottakerantennen, og deteksjonsbølgen blir til DC-energi.

I 1896 oppfant italieneren Guglielmo Marchese Marconi radioen, som realiserte overføring av radiosignaler over verdensrommet.I 1899 foreslo amerikanske Nikola Tesla ideen om å bruke trådløs kraftoverføring, og etablerte en antenne som er 60 meter høy, induktans lastet i bunnen, kapasitans lastet i toppen i Colorado, ved å bruke en frekvens på 150 kHz for å tilføre 300 kW kraft.Den sender over en avstand på opptil 42 km, og får 10kW trådløs mottakskraft i mottakerenden.

UHF RFID passiv tag strømforsyning følger denne ideen, og leseren leverer strøm til taggen gjennom radiofrekvens.Imidlertid er det en enorm forskjell mellom UHF RFID passiv tag-strømforsyning og Tesla-test: frekvensen er nesten ti tusen ganger høyere, og antennestørrelsen er redusert med tusen ganger.Siden trådløst overføringstap er proporsjonalt med kvadratet av frekvensen og proporsjonalt med kvadratet på avstanden, er det klart at økningen i overføringstapet er enorm.Den enkleste trådløse forplantningsmodusen er forplantning av ledig plass.Utbredelsestapet er omvendt proporsjonalt med kvadratet av forplantningsbølgelengden og proporsjonalt med kvadratet på avstanden.Utbredelsestapet for ledig plass er LS=20lg(4πd/λ).Hvis enheten for avstand d er m og enheten for frekvens f er MHz, så er LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID-systemet er basert på den trådløse kraftoverføringsmekanismen.Den passive taggen har ikke egen strømforsyning.Den må motta radiofrekvensenergien som sendes ut av leseren og etablere en DC-strømforsyning gjennom spenningsdobling, som betyr å etablere en DC-strømforsyning gjennom Dickson ladepumpe.

Den gjeldende kommunikasjonsavstanden til UHF RFID-luftgrensesnittet bestemmes hovedsakelig av overføringseffekten til leseren og det grunnleggende forplantningstapet i rommet.UHF-bånds RFID-lesers sendeeffekt er vanligvis begrenset til 33dBm.Fra den grunnleggende formelen for forplantningstap, ignorerer eventuelle andre mulige tap, kan RF-effekten som når taggen gjennom trådløs kraftoverføring beregnes.Forholdet mellom kommunikasjonsavstanden til UHF RFID-luftgrensesnittet og det grunnleggende forplantningstapet og RF-effekten som når taggen er vist i tabellen:

Det kan sees fra tabellen at UHF RFID trådløs kraftoverføring har egenskapene til stort overføringstap.Siden RFID overholder de nasjonale kortdistansekommunikasjonsreglene, er overføringskraften til leseren begrenset, slik at taggen kan levere lav strøm.Når kommunikasjonsavstanden øker, reduseres radiofrekvensenergien som mottas av den passive taggen i henhold til frekvensen, og strømforsyningskapasiteten reduseres raskt.

2. Implementer strømforsyning ved å lade og utlade kondensatorer for energilagring på brikken

(1) Kondensatorens lade- og utladningsegenskaper

Passive tags bruker trådløs kraftoverføring for å få energi, konvertere den til likespenning, lade og lagre kondensatorene på brikken, og deretter levere strøm til lasten gjennom utladning.Derfor er strømforsyningsprosessen til passive tagger prosessen med kondensatorlading og utlading.Etableringsprosessen er en ren ladeprosess, og strømforsyningsprosessen er en utladnings- og supplerende ladeprosess.Tilleggsladingen må starte før utladningsspenningen når minimumsforsyningsspenningen til brikken.

(2) Parametere for kondensatorlading og -utlading

1) Ladeparametere

Ladetidslengde: τC=RC×C

Ladespenning:

ladestrøm:

der RC er lademotstanden og C er energilagringskondensatoren.

2) Utløpsparametere

Utladningstidslengde: τD=RD×C

Utladningsspenning:

Utladningsstrøm:

I formelen er RD utladningsmotstanden, og C er energilagringskondensatoren.

Ovenstående viser strømforsyningsegenskapene til passive tagger.Det er verken en konstant spenningskilde eller en konstant strømkilde, men lading og utlading av energilagringskondensatoren.Når energilagringskondensatoren på brikken er ladet over arbeidsspenningen V0 til brikkekretsen, kan den levere strøm til taggen.Når energilagringskondensatoren begynner å levere strøm, begynner strømforsyningsspenningen å synke.Når den faller under brikkens driftsspenning V0, mister energilagringskondensatoren sin strømforsyningsevne og brikken kan ikke fortsette å fungere.Derfor bør luftgrensesnittbrikken ha tilstrekkelig kapasitet til å lade opp brikken.

Det kan sees at strømforsyningsmodusen til passive tagger er egnet for egenskapene til burst-kommunikasjon, og strømforsyningen til passive tagger trenger også støtte for kontinuerlig lading.

3 Balanse mellom tilbud og etterspørsel

Flytende ladestrømforsyning er en annen strømforsyningsmetode, og flytende ladestrømforsyningskapasitet er tilpasset utladingskapasiteten.Men de har alle et felles problem, det vil si at strømforsyningen til passive UHF RFID-brikker må balansere tilbud og etterspørsel.

(1) Tilbud og etterspørsel balanserer strømforsyningsmodus for burst-kommunikasjon

Den gjeldende standarden ISO/IEC18000-6 for UHF RFID passive tagger tilhører burst-kommunikasjonssystemet.For passive tagger sendes det ikke noe signal i mottaksperioden.Selv om responsperioden mottar bærebølgen, tilsvarer den å anskaffe oscillasjonskilden, så den kan betraktes som simpleksarbeid.Vei.For denne applikasjonen, hvis mottaksperioden brukes som ladeperioden til energilagringskondensatoren, og responsperioden er utladingsperioden til energilagringskondensatoren, blir den samme mengden ladning og utladning for å opprettholde balansen mellom tilbud og etterspørsel. en nødvendig betingelse for å opprettholde normal drift av systemet.Det kan være kjent fra strømforsyningsmekanismen til den ovennevnte passive UHF RFID-brikken at strømforsyningen til den passive UHF RFID-brikken verken er en konstantstrømkilde eller en konstantspenningskilde.Når energilagringskondensatoren lades til en spenning høyere enn den normale arbeidsspenningen til kretsen, starter strømforsyningen;når energilagringskondensatoren utlades til en spenning som er lavere enn den normale driftsspenningen til kretsen, stoppes strømforsyningen.

For burst-kommunikasjon, for eksempel passiv tag UHF RFID luftgrensesnitt, kan ladningen lades før taggen sender en respons burst, nok til å sikre at nok spenning kan opprettholdes til responsen er fullført.Derfor kreves det at brikken i tillegg til den sterke nok radiofrekvente strålingen som taggen kan motta, også har stor nok kapasitans på brikken og lang nok ladetid.Tag-responsen strømforbruk og responstid må også tilpasses.På grunn av avstanden mellom taggen og leseren er responstiden forskjellig, arealet til energilagringskondensatoren er begrenset og andre faktorer kan være vanskelig å balansere tilbud og etterspørsel i tidsdeling.

(2) Flytende strømforsyningsmodus for kontinuerlig kommunikasjon

For kontinuerlig kommunikasjon, for å opprettholde uavbrutt strømforsyning til energilagringskondensatoren, må den lades ut og lades samtidig, og ladehastigheten er lik utladingshastigheten, det vil si at strømforsyningskapasiteten opprettholdes før kommunikasjonen er avsluttet.

Passiv tagkodedeling radiofrekvensidentifikasjon og UHF RFID passiv tag gjeldende standard ISO/IEC18000-6 har felles egenskaper.Tag-mottakstilstanden må demoduleres og dekodes, og responstilstanden må moduleres og sendes.Derfor bør den utformes i henhold til kontinuerlig kommunikasjon.Tag chip strømforsyningssystem.For at ladehastigheten skal være lik utladingshastigheten, må mesteparten av energien som mottas av taggen brukes til lading.

Delte RF-ressurser

1. RF-frontend for passive tagger

Passive koder brukes ikke bare som strømkilden til etikettene og postkortene til radiofrekvensenergien fra leserne, men enda viktigere er instruksjonssignaloverføringen fra leseren til etiketten og responssignaloverføringen fra etiketten til leseren. realisert gjennom trådløs dataoverføring.Radiofrekvensenergien som mottas av taggen bør deles inn i tre deler, som henholdsvis brukes for brikken for å etablere strømforsyningen, demodulere signalet (inkludert kommandosignalet og synkroniseringsklokken) og gi responsbæreren.

Arbeidsmodusen til gjeldende standard UHF RFID har følgende egenskaper: nedlinkkanalen bruker kringkastingsmodusen, og opplinkkanalen bruker modusen for flertagsdeling av enkanalssekvensrespons.Derfor, når det gjelder informasjonsoverføring, tilhører den simpleks-driftsmodusen.Siden etiketten i seg selv ikke kan gi overføringsbæreren, må imidlertid etikettresponsen gi bæreren ved hjelp av leseren.Derfor, når taggen svarer, når det gjelder sendetilstanden, er begge ender av kommunikasjonen i en dupleks arbeidstilstand.

I forskjellige arbeidstilstander er kretsenhetene som settes i bruk av taggen forskjellige, og kraften som kreves for at forskjellige kretsenheter skal fungere er også forskjellig.All kraften kommer fra radiofrekvensenergien som mottas av taggen.Derfor er det nødvendig å kontrollere RF-energifordelingen på en rimelig måte og når det er hensiktsmessig.

2. RF-energiapplikasjon i ulike arbeidstider

Når taggen kommer inn i leserens RF-felt og begynner å bygge strøm, uansett hvilket signal leseren sender på dette tidspunktet, vil taggen levere all den mottatte RF-energien til spenningsdoblingslikeretterkretsen for å lade energilagringskondensatoren på brikken. , og etablerer dermed brikkens strømforsyning.

Når leseren sender kommandosignalet, er leserens overføringssignal et signal kodet av kommandodataene og amplitude modulert av sekvensen med spredt spektrum.Det er bærerkomponenter og sidebåndskomponenter som representerer kommandodata og spredte spektrumsekvenser i signalet som mottas av taggen.Den totale energien, bærerenergien og sidebåndskomponentene til det mottatte signalet er relatert til modulasjon.På dette tidspunktet brukes modulasjonskomponenten til å overføre synkroniseringsinformasjonen til kommandoen og sekvensen med spredt spektrum, og den totale energien brukes til å lade energilagringskondensatoren på brikken, som samtidig begynner å levere strøm til brikken. synkroniseringsekstraksjonskrets og kommandosignaldemodulasjonskretsenheten.Derfor, i løpet av perioden når leseren sender en instruksjon, blir radiofrekvensenergien mottatt av taggen brukt for at taggen skal fortsette å lade, trekke ut synkroniseringssignalet, demodulere og identifisere instruksjonssignalet.Tag-energilagringskondensatoren er i en strømforsyningstilstand med flytende ladning.

Når taggen reagerer på leseren, er det overførte signalet til leseren et signal som er modulert av amplituden til den spredte spektrum-spredningsspekteret brikkehastighets-underhastighetsklokke.I signalet mottatt av merkelappen er det bærerkomponenter og sidebåndskomponenter som representerer den spredte spektrum-brikkehastighets-underhastighetsklokken.På dette tidspunktet brukes modulasjonskomponenten til å overføre brikkehastigheten og hastighetsklokkeinformasjonen til spredtspektrumsekvensen, og den totale energien brukes til å lade energilagringskondensatoren på brikken og modulere de mottatte dataene og sende et svar til leser.Brikkesynkroniseringsekstraksjonskretsen og responssignalmodulasjonskretsenheten leverer strøm.Derfor, i løpet av perioden når leseren mottar responsen, mottar taggen radiofrekvensenergien og brukes for at taggen skal fortsette å lades, brikkesynkroniseringssignalet trekkes ut og responsdataene moduleres og responsen sendes.Tag-energilagringskondensatoren er i en strømforsyningstilstand med flytende ladning.

Kort sagt, i tillegg til at taggen går inn i leserens RF-felt og begynner å etablere en strømforsyningsperiode, vil taggen levere all den mottatte RF-energien til en spenningsdoblingslikeretterkrets for å lade energilagringskondensatoren på brikken, og dermed etablere en chip strømforsyning.Deretter trekker taggen ut synkronisering fra det mottatte radiofrekvenssignalet, implementerer kommandodemodulering, eller modulerer og overfører responsdata, som alle bruker den mottatte radiofrekvensenergien.

3. Krav til RF-energi for ulike bruksområder

(1) Krav til RF-energi for trådløs kraftoverføring

Trådløs strømoverføring etablerer strømforsyningen for taggen, så den krever både tilstrekkelig spenning for å drive brikkekretsen, og tilstrekkelig strøm og kontinuerlig strømforsyningskapasitet.

Strømforsyningen til trådløs kraftoverføring er å etablere strømforsyningen ved å motta RF-feltenergien til leseren og spenningsdoblingsretting når taggen ikke har strømforsyning.Derfor er mottaksfølsomheten begrenset av spenningsfallet til front-end-deteksjonsdioderøret.For CMOS-brikker er mottaksfølsomheten for spenningsdoblingsretting mellom -11 og -0,7 dBm, det er flaskehalsen til passive tagger.

(2) Krav til RF-energi for deteksjon av mottatte signaler

Mens spenningsdoblingsrettingen etablerer brikkestrømforsyningen, må taggen dele en del av den mottatte radiofrekvensenergien for å gi en signaldeteksjonskrets, inkludert kommandosignaldeteksjon og synkron klokkedeteksjon.Fordi signaldeteksjonen utføres under forutsetning av at strømforsyningen til taggen er etablert, er demodulasjonsfølsomheten ikke begrenset av spenningsfallet til front-end-deteksjonsdioderøret, så mottaksfølsomheten er mye høyere enn den trådløse kraften overføring mottar følsomhet, og den tilhører signalamplitudedeteksjonen, og det er ingen kraftstyrkekrav.

(3) Krav til RF-energi for tagrespons

Når taggen reagerer på sending, må den i tillegg til å detektere den synkrone klokken også utføre pseudo-PSK-modulasjon på den mottatte bæreren (som inneholder klokkemodulasjonskonvolutten) og realisere reversering.På dette tidspunktet kreves et visst effektnivå, og verdien avhenger av avstanden fra leseren til taggen og følsomheten til leseren for å motta.Siden arbeidsmiljøet til leseren tillater bruk av mer komplekse design, kan mottakeren implementere en frontend-design med lavt støynivå, og kodedivisjonsradiofrekvensidentifikasjonen bruker spredt spektrummodulasjon, samt spredt spektrumforsterkning og PSK-systemforsterkning , kan følsomheten til leseren være utformet for å være høy nok.Slik at kravene til etikettens retursignal reduseres nok.

For å oppsummere, blir radiofrekvenseffekten mottatt av taggen hovedsakelig allokert som den trådløse kraftoverføringsspenningsdoblerens likerettingsenergi, og deretter tildeles passende mengde merkesignaldeteksjonsnivå og passende mengde returmodulasjonsenergi for å oppnå en rimelig energi distribusjon og sikre kontinuerlig lading av energilagringskondensatoren.er en mulig og rimelig design.

Det kan sees at radiofrekvensenergien som mottas av passive tagger har ulike applikasjonskrav, så en radiofrekvenskraftfordelingsdesign er nødvendig;brukskravene til radiofrekvensenergi i forskjellige arbeidsperioder er forskjellige, så det er nødvendig å ha en radiofrekvenskraftfordelingsdesign i henhold til behovene til forskjellige arbeidsperioder;Ulike applikasjoner har forskjellige krav til RF-energi, blant hvilke trådløs kraftoverføring krever mest kraft, så RF-kraftallokering bør fokusere på behovene til trådløs kraftoverføring.

UHF RFID passive tags bruker trådløs kraftoverføring for å etablere en tag-strømforsyning.Derfor er strømforsyningseffektiviteten ekstremt lav og strømforsyningsevnen er svært svak.Tagbrikken skal være utformet med lavt strømforbruk.Brikkekretsen drives av lading og utlading av energilagringskondensatoren på brikken.Derfor, for å sikre kontinuerlig drift av etiketten, må energilagringskondensatoren lades kontinuerlig.Radiofrekvensenergien som mottas av taggen har tre forskjellige bruksområder: spenningsdoblingsretting for strømforsyning, kommandosignalmottak og demodulering, og responssignalmodulering og overføring.Blant dem er mottaksfølsomheten for spenningsdoblingslikretting begrenset av spenningsfallet til likeretterdioden, som blir et luftgrensesnitt.flaskehals.Av denne grunn er signalmottak og demodulering og responssignalmodulering og overføring de grunnleggende funksjonene som RFID-systemet må sikre.Jo sterkere strømforsyningsevnen til spenningsdobler-likeretterbrikken er, desto mer konkurransedyktig er produktet.Derfor er kriteriet for rasjonell fordeling av den mottatte RF-energien i utformingen av merkesystemet å øke RF-energiforsyningen ved spenningsdobler likeretting så mye som mulig på forutsetningen om å sikre demodulering av det mottatte signalet og overføring av responsen signal.