Notícias

Como a parte mais básica da tecnologia passiva da Internet das Coisas, as etiquetas passivas RFID UHF têm sido amplamente utilizadas em um grande número de aplicações, como varejo de supermercado, logística e armazenamento, arquivos de livros, rastreabilidade antifalsificação, etc. o valor do envio é superior a 20 bilhões.Em aplicações práticas, de que exatamente o chip da etiqueta passiva RFID UHF depende para fornecer energia?

As características da fonte de alimentação da etiqueta passiva RFID UHF

1. Alimentado por energia sem fio

A transmissão de energia sem fio utiliza radiação eletromagnética sem fio para transferir energia elétrica de um lugar para outro.O processo de trabalho consiste em converter energia elétrica em energia de radiofrequência por meio da oscilação de radiofrequência, e a energia de radiofrequência é convertida em energia de campo eletromagnético de rádio através da antena transmissora.A energia do campo eletromagnético de rádio se propaga através do espaço e atinge a antena receptora, então é convertida de volta em energia de radiofrequência pela antena receptora, e a onda de detecção torna-se energia DC.

Em 1896, o italiano Guglielmo Marchese Marconi inventou o rádio, que transmitia sinais de rádio através do espaço.Em 1899, o americano Nikola Tesla propôs a ideia de usar transmissão de energia sem fio e estabeleceu uma antena de 60 m de altura, indutância carregada na parte inferior e capacitância carregada na parte superior no Colorado, usando uma frequência de 150 kHz para inserir 300 kW de potência.Ele transmite a uma distância de até 42 km e obtém 10 kW de potência de recepção sem fio na extremidade receptora.

A fonte de alimentação passiva da etiqueta RFID UHF segue essa ideia, e o leitor fornece energia à etiqueta por meio de radiofrequência.No entanto, há uma enorme diferença entre a fonte de alimentação da etiqueta passiva RFID UHF e o teste Tesla: a frequência é quase dez mil vezes maior e o tamanho da antena é reduzido em mil vezes.Como a perda de transmissão sem fio é proporcional ao quadrado da frequência e ao quadrado da distância, fica claro que o aumento na perda de transmissão é enorme.O modo de propagação sem fio mais simples é a propagação em espaço livre.A perda de propagação é inversamente proporcional ao quadrado do comprimento de onda de propagação e proporcional ao quadrado da distância.A perda de propagação no espaço livre é LS=20lg(4πd/λ).Se a unidade de distância d for m e a unidade de frequência f for MHz, então LS= -27,56+20lgd+20lgf.

O sistema RFID UHF é baseado no mecanismo de transmissão de energia sem fio.O tag passivo não possui fonte de alimentação própria.Ele precisa receber a energia de radiofrequência emitida pelo leitor e estabelecer uma fonte de alimentação DC através da retificação de duplicação de tensão, o que significa estabelecer uma fonte de alimentação DC através da bomba de carga Dickson.

A distância de comunicação aplicável da interface aérea RFID UHF é determinada principalmente pela potência de transmissão do leitor e pela perda básica de propagação no espaço.A potência de transmissão do leitor RFID de banda UHF é geralmente limitada a 33dBm.A partir da fórmula básica de perda de propagação, ignorando quaisquer outras perdas possíveis, a potência de RF que chega à etiqueta através da transmissão de energia sem fio pode ser calculada.A relação entre a distância de comunicação da interface aérea RFID UHF e a perda básica de propagação e a potência de RF que atinge a etiqueta são mostradas na tabela:

Pode-se observar na tabela que a transmissão de energia sem fio UHF RFID tem características de grande perda de transmissão.Como o RFID está em conformidade com as regras nacionais de comunicação de curta distância, a potência de transmissão do leitor é limitada, de modo que a etiqueta pode fornecer baixa potência.À medida que a distância de comunicação aumenta, a energia de radiofrequência recebida pela etiqueta passiva diminui de acordo com a frequência e a capacidade da fonte de alimentação diminui rapidamente.

2. Implemente a fonte de alimentação carregando e descarregando capacitores de armazenamento de energia no chip

(1) Características de carga e descarga do capacitor

As tags passivas usam transmissão de energia sem fio para obter energia, convertê-la em tensão CC, carregar e armazenar os capacitores no chip e, em seguida, fornecer energia à carga por meio de descarga.Portanto, o processo de fornecimento de energia das tags passivas é o processo de carga e descarga do capacitor.O processo de estabelecimento é um processo de carregamento puro, e o processo de fornecimento de energia é um processo de descarga e carregamento suplementar.A carga suplementar deve começar antes que a tensão de descarga atinja a tensão mínima de alimentação do chip.

(2) Parâmetros de carga e descarga do capacitor

1) Parâmetros de carregamento

Duração do tempo de carregamento: τC=RC×C

Tensão de carregamento:

corrente de recarga:

onde RC é o resistor de carga e C é o capacitor de armazenamento de energia.

2) Parâmetros de descarga

Duração do tempo de descarga: τD=RD×C

Tensão de descarga:

Corrente de descarga:

Na fórmula, RD é a resistência de descarga e C é o capacitor de armazenamento de energia.

A imagem acima mostra as características da fonte de alimentação de tags passivas.Não é uma fonte de tensão constante nem uma fonte de corrente constante, mas sim a carga e descarga do capacitor de armazenamento de energia.Quando o capacitor de armazenamento de energia no chip é carregado acima da tensão de trabalho V0 do circuito do chip, ele pode fornecer energia para a etiqueta.Quando o capacitor de armazenamento de energia começa a fornecer energia, a tensão da fonte de alimentação começa a cair.Quando cai abaixo da tensão operacional do chip V0, o capacitor de armazenamento de energia perde sua capacidade de fornecimento de energia e o chip não pode continuar a funcionar.Portanto, a etiqueta de interface aérea deve ter capacidade suficiente para recarregar a etiqueta.

Pode-se observar que o modo de alimentação das etiquetas passivas é adequado às características da comunicação em rajada, e a fonte de alimentação das etiquetas passivas também necessita do suporte de carregamento contínuo.

3 Equilíbrio entre oferta e demanda

A fonte de alimentação de carga flutuante é outro método de fonte de alimentação, e a capacidade da fonte de alimentação de carga flutuante é adaptada à capacidade de descarga.Mas todos eles têm um problema comum, ou seja, o fornecimento de energia das etiquetas passivas RFID UHF precisa equilibrar a oferta e a demanda.

(1) Modo de fonte de alimentação com equilíbrio de oferta e demanda para comunicação em rajada

O padrão atual ISO/IEC18000-6 de etiquetas passivas RFID UHF pertence ao sistema de comunicação burst.Para tags passivas, nenhum sinal é transmitido durante o período de recepção.Embora o período de resposta receba a onda portadora, ele equivale à aquisição da fonte de oscilação, portanto pode ser considerado um trabalho simplex.Caminho.Para esta aplicação, se o período de recepção for usado como o período de carga do capacitor de armazenamento de energia, e o período de resposta for o período de descarga do capacitor de armazenamento de energia, a quantidade igual de carga e descarga para manter o equilíbrio entre oferta e demanda torna-se uma condição necessária para manter o funcionamento normal do sistema.Pode-se saber a partir do mecanismo de fonte de alimentação da etiqueta passiva RFID UHF acima mencionada que a fonte de alimentação da etiqueta passiva RFID UHF não é uma fonte de corrente constante nem uma fonte de tensão constante.Quando o capacitor de armazenamento de energia da etiqueta é carregado com uma tensão superior à tensão normal de trabalho do circuito, a fonte de alimentação é iniciada;quando o capacitor de armazenamento de energia da etiqueta é descarregado para uma tensão inferior à tensão normal de operação do circuito, a fonte de alimentação é interrompida.

Para comunicação em rajada, como interface aérea UHF RFID de etiqueta passiva, a carga pode ser carregada antes que a etiqueta envie uma rajada de resposta, o suficiente para garantir que tensão suficiente possa ser mantida até que a resposta seja concluída.Portanto, além da radiação de radiofrequência forte o suficiente que a etiqueta pode receber, o chip também precisa ter uma capacitância no chip grande o suficiente e um tempo de carregamento suficientemente longo.O consumo de energia de resposta da etiqueta e o tempo de resposta também devem ser adaptados.Devido à distância entre a etiqueta e o leitor, o tempo de resposta é diferente, a área do capacitor de armazenamento de energia é limitada e outros fatores, pode ser difícil equilibrar a oferta e a demanda na divisão do tempo.

(2) Modo de fonte de alimentação flutuante para comunicação contínua

Para comunicação contínua, para manter a alimentação ininterrupta do capacitor de armazenamento de energia, ele deve ser descarregado e carregado ao mesmo tempo, e a velocidade de carga é semelhante à velocidade de descarga, ou seja, a capacidade da fonte de alimentação é mantida antes a comunicação é encerrada.

A identificação de radiofrequência por divisão de código de etiqueta passiva e o padrão atual de etiqueta passiva RFID UHF ISO / IEC18000-6 têm características comuns.O estado de recebimento da tag precisa ser demodulado e decodificado, e o estado de resposta precisa ser modulado e enviado.Portanto, deve ser concebido de acordo com a comunicação contínua.Sistema de fonte de alimentação com chip de etiqueta.Para que a taxa de carregamento seja semelhante à taxa de descarga, a maior parte da energia recebida pela etiqueta deve ser utilizada para carregamento.

Recursos de RF compartilhados

1. Front-end RF para tags passivas

As etiquetas passivas não são usadas apenas como fonte de energia das etiquetas e cartões postais para a energia de radiofrequência dos leitores, mas, mais importante, a transmissão do sinal de instrução do leitor para a etiqueta e a transmissão do sinal de resposta da etiqueta para o leitor são realizado através da transmissão de dados sem fio.A energia de radiofrequência recebida pela etiqueta deve ser dividida em três partes, que são utilizadas respectivamente para que o chip estabeleça a fonte de alimentação, demodule o sinal (incluindo o sinal de comando e o relógio de sincronização) e forneça a portadora de resposta.

O modo de trabalho do RFID UHF padrão atual tem as seguintes características: o canal de downlink adota o modo de transmissão e o canal de uplink adota o modo de compartilhamento de múltiplas tags de resposta de sequência de canal único.Portanto, em termos de transmissão de informações, pertence ao modo de operação simplex.Entretanto, como a etiqueta em si não pode fornecer a portadora de transmissão, a resposta da etiqueta precisa fornecer a portadora com a ajuda do leitor.Portanto, quando a etiqueta responde, no que diz respeito ao estado de envio, ambas as extremidades da comunicação estão num estado de funcionamento duplex.

Em diferentes estados de funcionamento, as unidades de circuito colocadas em funcionamento pela etiqueta são diferentes e a potência necessária para o funcionamento de diferentes unidades de circuito também é diferente.Toda a energia vem da energia de radiofrequência recebida pela etiqueta.Portanto, é necessário controlar a distribuição de energia de RF de forma razoável e quando apropriado.

2. Aplicação de energia RF em diferentes horários de trabalho

Quando a etiqueta entra no campo de RF do leitor e começa a acumular energia, não importa qual sinal o leitor envie neste momento, a etiqueta fornecerá toda a energia de RF recebida ao circuito retificador de duplicação de tensão para carregar o capacitor de armazenamento de energia no chip , estabelecendo assim a fonte de alimentação do chip.

Quando o leitor transmite o sinal de comando, o sinal de transmissão do leitor é um sinal codificado pelos dados de comando e modulado em amplitude pela sequência de espalhamento espectral.Existem componentes de portadora e componentes de banda lateral que representam dados de comando e sequências de espectro espalhado no sinal recebido pela etiqueta.A energia total, a energia da portadora e os componentes da banda lateral do sinal recebido estão relacionados à modulação.Neste momento, o componente de modulação é usado para transmitir as informações de sincronização do comando e da sequência de espalhamento espectral, e a energia total é usada para carregar o capacitor de armazenamento de energia no chip, que simultaneamente começa a fornecer energia ao chip. circuito de extração de sincronização e unidade de circuito de demodulação de sinal de comando.Portanto, durante o período em que o leitor envia uma instrução, a energia de radiofrequência recebida pela etiqueta é utilizada para que a etiqueta continue a carregar, extrair o sinal de sincronização, demodular e identificar o sinal de instrução.O capacitor de armazenamento de energia da etiqueta está em um estado de fonte de alimentação de carga flutuante.

Quando a etiqueta responde ao leitor, o sinal transmitido do leitor é um sinal que é modulado pela amplitude do relógio de subtaxa de taxa de chip de espectro espalhado de espectro espalhado.No sinal recebido pela etiqueta, existem componentes de portadora e componentes de banda lateral que representam o clock de subtaxa de taxa de chip de espectro espalhado.Neste momento, o componente de modulação é usado para transmitir a taxa do chip e as informações do clock da sequência de espalhamento espectral, e a energia total é usada para carregar o capacitor de armazenamento de energia no chip e modular os dados recebidos e enviar uma resposta ao leitor.O circuito de extração de sincronização de chip e a unidade de circuito de modulação de sinal de resposta fornecem energia.Portanto, durante o período em que o leitor recebe a resposta, a etiqueta recebe a energia de radiofrequência e é utilizada para que a etiqueta continue carregando, o sinal de sincronização do chip é extraído e os dados de resposta são modulados e a resposta é enviada.O capacitor de armazenamento de energia da etiqueta está em um estado de fonte de alimentação de carga flutuante.

Resumindo, além da etiqueta entrar no campo de RF do leitor e começar a estabelecer um período de fornecimento de energia, a etiqueta fornecerá toda a energia de RF recebida a um circuito retificador de duplicação de tensão para carregar o capacitor de armazenamento de energia no chip, estabelecendo assim uma fonte de alimentação de chip.Posteriormente, a etiqueta extrai a sincronização do sinal de radiofrequência recebido, implementa a demodulação de comando ou modula e transmite dados de resposta, todos os quais utilizam a energia de radiofrequência recebida.

3. Requisitos de energia de RF para diferentes aplicações

(1) Requisitos de energia de RF para transmissão de energia sem fio

A transferência de energia sem fio estabelece a fonte de alimentação para a etiqueta, portanto, requer tensão suficiente para acionar o circuito do chip e energia suficiente e capacidade de fonte de alimentação contínua.

A fonte de alimentação da transmissão de energia sem fio serve para estabelecer a fonte de alimentação recebendo a energia do campo RF do leitor e a retificação de duplicação de tensão quando a etiqueta não tem fonte de alimentação.Portanto, sua sensibilidade de recepção é limitada pela queda de tensão do tubo do diodo de detecção frontal.Para chips CMOS, a sensibilidade de recepção da retificação de duplicação de tensão está entre -11 e -0,7dBm, é o gargalo das tags passivas.

(2) Requisitos de energia de RF para detecção de sinal recebido

Embora a retificação de duplicação de tensão estabeleça a fonte de alimentação do chip, a etiqueta precisa dividir uma parte da energia de radiofrequência recebida para fornecer um circuito de detecção de sinal, incluindo detecção de sinal de comando e detecção de relógio síncrono.Como a detecção do sinal é realizada sob a condição de que a fonte de alimentação da etiqueta tenha sido estabelecida, a sensibilidade de desmodulação não é limitada pela queda de tensão do tubo de diodo de detecção frontal, portanto a sensibilidade de recepção é muito maior do que a potência sem fio sensibilidade de recepção de transmissão e pertence à detecção de amplitude do sinal e não há exigência de intensidade de energia.

(3) Requisitos de energia de RF para resposta de tag

Quando a etiqueta responde ao envio, além de detectar o relógio síncrono, ela também precisa realizar a modulação pseudo-PSK na portadora recebida (contendo o envelope de modulação do relógio) e realizar a transmissão reversa.Neste momento é necessário um determinado nível de potência, e seu valor depende da distância do leitor à etiqueta e da sensibilidade do leitor para receber.Como o ambiente de trabalho do leitor permite o uso de designs mais complexos, o receptor pode implementar um design front-end de baixo ruído, e a identificação de radiofrequência por divisão de código usa modulação de espectro espalhado, bem como ganho de espectro espalhado e ganho do sistema PSK , a sensibilidade do leitor pode ser projetada para ser suficientemente alta.Para que os requisitos para o sinal de retorno da etiqueta sejam bastante reduzidos.

Resumindo, a energia de radiofrequência recebida pela etiqueta é alocada principalmente como a energia de retificação do duplicador de tensão de transmissão de energia sem fio e, em seguida, a quantidade apropriada de nível de detecção de sinal de etiqueta e a quantidade apropriada de energia de modulação de retorno são alocadas para alcançar uma energia razoável distribuição e garantir o carregamento contínuo do capacitor de armazenamento de energia.é um design possível e razoável.

Pode-se observar que a energia de radiofrequência recebida pelas etiquetas passivas possui vários requisitos de aplicação, portanto, é necessário um projeto de distribuição de energia de radiofrequência;os requisitos de aplicação da energia de radiofrequência em diferentes períodos de trabalho são diferentes, por isso é necessário ter um projeto de distribuição de energia de radiofrequência de acordo com as necessidades dos diferentes períodos de trabalho;Diferentes aplicações têm diferentes requisitos para energia de RF, entre as quais a transmissão de energia sem fio requer mais energia, portanto a alocação de energia de RF deve se concentrar nas necessidades de transmissão de energia sem fio.

As etiquetas passivas RFID UHF usam transmissão de energia sem fio para estabelecer uma fonte de alimentação da etiqueta.Portanto, a eficiência da fonte de alimentação é extremamente baixa e a capacidade da fonte de alimentação é muito fraca.O chip da etiqueta deve ser projetado com baixo consumo de energia.O circuito do chip é alimentado carregando e descarregando o capacitor de armazenamento de energia no chip.Portanto, para garantir o funcionamento contínuo da etiqueta, o capacitor de armazenamento de energia deve ser carregado continuamente.A energia de radiofrequência recebida pela etiqueta tem três aplicações diferentes: retificação de duplicação de tensão para fonte de alimentação, recepção e demodulação de sinais de comando e modulação e transmissão de sinais de resposta.Entre eles, a sensibilidade de recepção da retificação de duplicação de tensão é restringida pela queda de tensão do diodo retificador, que se torna uma interface aérea.gargalo.Por este motivo, a recepção e desmodulação do sinal e a modulação e transmissão do sinal de resposta são as funções básicas que o sistema RFID deve assegurar.Quanto mais forte for a capacidade de fonte de alimentação da etiqueta retificadora duplicadora de tensão, mais competitivo será o produto.Portanto, o critério para distribuir racionalmente a energia de RF recebida no projeto do sistema de tags é aumentar o fornecimento de energia de RF por retificação do duplicador de tensão tanto quanto possível, com a premissa de garantir a desmodulação do sinal recebido e a transmissão da resposta. sinal.