Habari

Kama sehemu ya msingi zaidi ya teknolojia ya hali ya juu ya Mtandao wa Mambo, vitambulisho vya hali ya juu vya UHF RFID vimetumika sana katika idadi kubwa ya programu kama vile rejareja ya maduka makubwa, vifaa na kuhifadhi, kumbukumbu za vitabu, ufuatiliaji wa kupambana na bidhaa ghushi, n.k. Mnamo 2021 pekee, kimataifa. kiasi cha usafirishaji ni zaidi ya bilioni 20.Katika utumiaji wa vitendo, ni nini hasa chipu ya tepe tulivu ya UHF RFID inategemea kusambaza nishati?

Sifa za usambazaji wa nishati za lebo ya passiv ya UHF RFID

1. Inaendeshwa na nguvu isiyo na waya

Usambazaji wa umeme usiotumia waya unatumia mionzi ya sumakuumeme isiyo na waya kuhamisha nishati ya umeme kutoka sehemu moja hadi nyingine.Mchakato wa kufanya kazi ni kubadilisha nishati ya umeme kuwa nishati ya masafa ya redio kupitia oscillation ya masafa ya redio, na nishati ya masafa ya redio inabadilishwa kuwa nishati ya sumakuumeme ya redio kupitia antena ya kupitisha.Nishati ya uwanja wa sumakuumeme ya redio hueneza kupitia nafasi na kufikia antena inayopokea, kisha inabadilishwa kuwa nishati ya masafa ya redio na antena inayopokea, na wimbi la kugundua linakuwa nishati ya DC.

Mnamo 1896, Muitaliano Guglielmo Marchese Marconi aligundua redio, ambayo iligundua upitishaji wa mawimbi ya redio kwenye anga.Mnamo 1899, Nikola Tesla wa Amerika alipendekeza wazo la kutumia upitishaji wa nguvu isiyo na waya, na akaanzisha antena ambayo ni 60m-juu, inductance iliyopakiwa kwenye chupa, uwezo uliopakiwa juu huko Colorado, kwa kutumia masafa ya 150kHz kuingiza 300kW ya nguvu.Inasambaza kwa umbali wa hadi 42km, na kupata 10kW ya nguvu ya kupokea bila waya kwenye sehemu ya kupokea.

Usambazaji wa nishati ya tagi ya UHF RFID hufuata wazo hili, na msomaji hutoa nguvu kwa lebo kupitia masafa ya redio.Walakini, kuna tofauti kubwa kati ya usambazaji wa nguvu ya tag ya UHF RFID na jaribio la Tesla: masafa ni karibu mara elfu kumi zaidi, na saizi ya antena imepunguzwa mara elfu.Kwa kuwa upotevu wa maambukizi ya wireless ni sawia na mraba wa mzunguko na sawia na mraba wa umbali, ni wazi kwamba ongezeko la kupoteza kwa maambukizi ni kubwa.Njia rahisi zaidi ya uenezi wa wireless ni uenezi wa nafasi huru.Hasara ya uenezi inawiana kinyume na mraba wa urefu wa mawimbi ya uenezi na sawia na mraba wa umbali.Hasara ya uenezi wa nafasi huru ni LS=20lg(4πd/λ).Ikiwa kitengo cha umbali d ni m na kitengo cha frequency f ni MHz, basi LS= -27.56+20lgd+20lgf.

Mfumo wa UHF RFID unatokana na utaratibu wa upitishaji nishati isiyotumia waya.Lebo ya passiv haina usambazaji wake wa nguvu.Inahitaji kupokea nishati ya masafa ya redio iliyotolewa na msomaji na kuanzisha usambazaji wa umeme wa DC kupitia urekebishaji wa kuongeza voltage mara mbili, ambayo inamaanisha kuanzisha usambazaji wa umeme wa DC kupitia pampu ya chaji ya Dickson.

Umbali wa mawasiliano unaotumika wa kiolesura cha hewa cha UHF RFID huamuliwa hasa na nguvu ya upokezaji ya msomaji na upotezaji wa msingi wa uenezi katika nafasi.Nguvu ya usambazaji ya kisomaji cha bendi ya UHF RFID kawaida huwa na 33dBm pekee.Kutoka kwa fomula ya msingi ya upotezaji wa uenezi, kupuuza hasara nyingine zozote zinazowezekana, nishati ya RF inayofikia lebo kupitia upitishaji nishati isiyotumia waya inaweza kuhesabiwa.Uhusiano kati ya umbali wa mawasiliano wa kiolesura cha hewa cha UHF RFID na upotezaji wa msingi wa uenezi na nishati ya RF kufikia lebo huonyeshwa kwenye jedwali:

Inaweza kuonekana kutoka kwa meza kwamba maambukizi ya nguvu ya wireless ya UHF RFID ina sifa ya hasara kubwa ya maambukizi.Kwa kuwa RFID inatii sheria za kitaifa za mawasiliano ya umbali mfupi, nguvu ya upokezaji ya msomaji ni mdogo, kwa hivyo lebo inaweza kutoa nishati kidogo.Kadiri umbali wa mawasiliano unavyoongezeka, nishati ya masafa ya redio inayopokelewa na lebo tulivu hupungua kulingana na masafa, na uwezo wa usambazaji wa nishati hupungua haraka.

2. Tekeleza usambazaji wa nishati kwa kuchaji na kutoa vidhibiti vya kuhifadhi nishati kwenye chip

(1) Malipo ya capacitor na sifa za kutokwa

Lebo tulivu hutumia upitishaji wa nishati isiyotumia waya ili kupata nishati, kuibadilisha kuwa voltage ya DC, kuchaji na kuhifadhi vidhibiti vya on-chip, na kisha kusambaza nguvu kwenye mzigo kupitia kutokwa.Kwa hiyo, mchakato wa usambazaji wa nguvu wa vitambulisho vya passive ni mchakato wa malipo ya capacitor na kutekeleza.Mchakato wa uanzishaji ni mchakato safi wa kuchaji, na mchakato wa usambazaji wa nishati ni mchakato wa kutokwa na malipo ya ziada.Uchaji wa ziada lazima uanze kabla ya voltage ya kutokwa kufikia voltage ya chini ya usambazaji wa chip.

(2) Vigezo vya malipo ya capacitor na kutokwa

1) Vigezo vya malipo

Urefu wa muda wa kuchaji: τC=RC×C

Voltage ya kuchaji:

sasa ya kuchaji upya:

ambapo RC ni kipinga cha malipo na C ni capacitor ya kuhifadhi nishati.

2) Vigezo vya kutokwa

Urefu wa muda wa kutuma: τD=RD×C

Utoaji wa voltage:

Utoaji wa sasa:

Katika formula, RD ni upinzani wa kutokwa, na C ni capacitor ya kuhifadhi nishati.

Ya hapo juu inaonyesha sifa za usambazaji wa nguvu za vitambulisho vya passiv.Sio chanzo cha voltage mara kwa mara au chanzo cha sasa cha mara kwa mara, lakini malipo na kutokwa kwa capacitor ya kuhifadhi nishati.Wakati capacitor ya hifadhi ya nishati kwenye-chip inachajiwa juu ya voltage ya kazi V0 ya mzunguko wa chip, inaweza kusambaza nguvu kwa lebo.Wakati capacitor ya kuhifadhi nishati inapoanza kusambaza nguvu, voltage yake ya usambazaji wa nguvu huanza kushuka.Inapoanguka chini ya voltage ya uendeshaji wa chip V0, capacitor ya kuhifadhi nishati inapoteza uwezo wake wa usambazaji wa nguvu na chip haiwezi kuendelea kufanya kazi.Kwa hivyo, lebo ya kiolesura cha hewa inapaswa kuwa na uwezo wa kutosha wa kuchaji tagi tena.

Inaweza kuonekana kuwa hali ya usambazaji wa nguvu ya vitambulisho vya passiv inafaa kwa sifa za mawasiliano ya kupasuka, na usambazaji wa nguvu wa vitambulisho vya passiv pia unahitaji usaidizi wa malipo ya kuendelea.

3 Usawa wa usambazaji na mahitaji

Ugavi wa umeme wa kuchaji unaoelea ni njia nyingine ya ugavi wa umeme, na uwezo wa ugavi wa umeme unaoelea hubadilishwa kwa uwezo wa kutokwa.Lakini zote zina shida ya kawaida, ambayo ni kwamba, usambazaji wa nguvu wa vitambulisho vya passiv vya UHF RFID unahitaji kusawazisha usambazaji na mahitaji.

(1) Ugavi na mahitaji ya mizani ya hali ya usambazaji wa nguvu kwa mawasiliano ya kupasuka

Kiwango cha sasa cha ISO/IEC18000-6 cha vitambulisho vya hali ya juu vya UHF RFID ni vya mfumo wa mawasiliano wa kupasuka.Kwa lebo za passiv, hakuna mawimbi yanayotumwa wakati wa kipindi cha kupokea.Ingawa kipindi cha majibu hupokea wimbi la mtoa huduma, ni sawa na kupata chanzo cha mzunguuko, kwa hivyo kinaweza kuzingatiwa kama kazi rahisi.Njia.Kwa programu hii, ikiwa kipindi cha kupokea kinatumika kama kipindi cha malipo ya capacitor ya kuhifadhi nishati, na muda wa majibu ni kipindi cha uondoaji wa capacitor ya kuhifadhi nishati, kiasi sawa cha malipo na kutokwa ili kudumisha usawa wa usambazaji na mahitaji inakuwa. hali ya lazima ili kudumisha uendeshaji wa kawaida wa mfumo.Inaweza kujulikana kutokana na utaratibu wa usambazaji wa nishati ya lebo tuliyotaja hapo juu ya UHF RFID kwamba ugavi wa umeme wa lebo ya passiv ya UHF RFID si chanzo kisichobadilika cha sasa wala chanzo cha volteji mara kwa mara.Wakati capacitor ya hifadhi ya nishati ya tag inashtakiwa kwa voltage ya juu kuliko voltage ya kawaida ya kazi ya mzunguko, ugavi wa umeme huanza;wakati capacitor ya hifadhi ya nishati ya tag inatolewa kwa voltage ya chini kuliko voltage ya kawaida ya uendeshaji wa mzunguko, ugavi wa umeme umesimamishwa.

Kwa mawasiliano ya mpasuko, kama vile kiolesura cha tagi ya hali ya hewa cha UHF RFID, malipo yanaweza kutozwa kabla ya lebo kutuma jibu la mlipuko, inatosha kuhakikisha kuwa voltage ya kutosha inaweza kudumishwa hadi jibu likamilike.Kwa hiyo, pamoja na mionzi yenye nguvu ya kutosha ya mzunguko wa redio ambayo lebo inaweza kupokea, chip pia inahitajika kuwa na uwezo mkubwa wa kutosha kwenye-chip na muda wa kutosha wa malipo.Matumizi ya nguvu ya majibu ya lebo na wakati wa kujibu lazima pia ibadilishwe.Kwa sababu ya umbali kati ya lebo na msomaji, wakati wa kujibu ni tofauti, eneo la capacitor ya uhifadhi wa nishati ni mdogo na mambo mengine, inaweza kuwa ngumu kusawazisha usambazaji na mahitaji katika mgawanyiko wa wakati.

(2) Njia ya usambazaji wa umeme inayoelea kwa mawasiliano endelevu

Kwa mawasiliano ya kuendelea, ili kudumisha ugavi wa umeme usioingiliwa wa capacitor ya kuhifadhi nishati, lazima ifunguliwe na kushtakiwa kwa wakati mmoja, na kasi ya malipo ni sawa na kasi ya kutokwa, yaani, uwezo wa ugavi wa umeme huhifadhiwa kabla. mawasiliano yamekatishwa.

Kitambulisho cha masafa ya redio cha msimbo wa tagi na UHF RFID tag passiv kiwango cha sasa ISO/IEC18000-6 vina sifa zinazofanana.Hali ya kupokea lebo inahitaji kushushwa na kutangazwa, na hali ya majibu inahitaji kubadilishwa na kutumwa.Kwa hiyo, inapaswa kuundwa kulingana na mawasiliano ya kuendelea.Tag chip mfumo wa usambazaji wa nguvu.Ili kiwango cha utozaji kiwe sawa na kiwango cha kutokwa, nishati nyingi inayopokelewa na lebo lazima itumike kwa malipo.

Rasilimali za RF zilizoshirikiwa

1. RF mbele-mwisho kwa tagi passiv

Lebo zisizotumika hazitumiwi tu kama chanzo cha nguvu cha vitambulisho na kadi za posta kwa nishati ya masafa ya redio kutoka kwa wasomaji, lakini muhimu zaidi, upitishaji wa ishara ya maagizo kutoka kwa msomaji hadi kwa lebo na upitishaji wa ishara ya majibu kutoka kwa lebo hadi kwa msomaji. hugunduliwa kupitia upitishaji wa data bila waya.Nishati ya masafa ya redio iliyopokelewa na lebo inapaswa kugawanywa katika sehemu tatu, ambazo hutumiwa kwa chip kuanzisha usambazaji wa nguvu, kupunguza ishara (pamoja na ishara ya amri na saa ya maingiliano) na kutoa mtoaji wa majibu.

Hali ya kufanya kazi ya kiwango cha sasa cha UHF RFID ina sifa zifuatazo: kituo cha kuunganisha chini kinachukua hali ya utangazaji, na kituo cha uplink kinachukua hali ya kugawana tagi nyingi jibu la mfuatano wa kituo kimoja.Kwa hiyo, kwa suala la maambukizi ya habari, ni ya njia rahisi ya uendeshaji.Hata hivyo, kwa kuwa lebo yenyewe haiwezi kutoa mtoa huduma wa maambukizi, jibu la lebo linahitaji kumpa mtoa huduma kwa usaidizi wa msomaji.Kwa hivyo, wakati lebo inajibu, kwa kadiri hali ya kutuma inavyohusika, ncha zote mbili za mawasiliano ziko katika hali ya kufanya kazi kwa duplex.

Katika majimbo tofauti ya kufanya kazi, vitengo vya mzunguko vilivyowekwa kwenye kazi na lebo ni tofauti, na nguvu zinazohitajika kwa vitengo tofauti vya mzunguko kufanya kazi pia ni tofauti.Nguvu zote hutoka kwa nishati ya masafa ya redio iliyopokelewa na lebo.Kwa hiyo, ni muhimu kudhibiti usambazaji wa nishati ya RF kwa sababu na inapofaa.

2. Utumiaji wa nishati ya RF katika saa tofauti za kazi

Lebo inapoingia kwenye uga wa RF wa msomaji na kuanza kujenga nguvu, haijalishi ni ishara gani msomaji atatuma kwa wakati huu, lebo hiyo itatoa nishati yote ya RF iliyopokelewa kwa saketi ya kirekebishaji inayoongeza volteji mara mbili ili kuchaji kapacitor ya kuhifadhi nishati kwenye chip. , na hivyo kuanzisha usambazaji wa nguvu wa chip.

Wakati msomaji anapopeleka ishara ya amri, ishara ya maambukizi ya msomaji ni ishara iliyosimbwa na data ya amri na amplitude iliyopangwa na mlolongo wa kuenea kwa wigo.Kuna vipengee vya mtoa huduma na vipengee vya kando vinavyowakilisha data ya amri na mfuatano wa wigo wa kuenea katika mawimbi yaliyopokewa na lebo.Jumla ya nishati, nishati ya mtoa huduma, na vipengele vya utepe wa mawimbi iliyopokelewa vinahusiana na urekebishaji.Kwa wakati huu, sehemu ya urekebishaji hutumiwa kusambaza habari ya maingiliano ya amri na mlolongo wa wigo wa kuenea, na jumla ya nishati hutumiwa kuchaji capacitor ya uhifadhi wa nishati kwenye-chip, ambayo wakati huo huo huanza kusambaza nguvu kwenye on-chip. maingiliano uchimbaji mzunguko na ishara ya amri kitengo cha mzunguko.Kwa hivyo, katika kipindi ambacho msomaji anatuma maagizo, nishati ya masafa ya redio inayopokelewa na lebo hutumika kwa lebo kuendelea kuchaji, kutoa ishara ya maingiliano, kuondoa na kutambua ishara ya maagizo.Capacitor ya kuhifadhi nishati ya lebo iko katika hali ya usambazaji wa nishati inayoelea.

Lebo inapojibu msomaji, ishara inayotumwa ya msomaji ni ishara ambayo inarekebishwa na amplitude ya saa ya kiwango cha chini cha kiwango cha wigo wa kuenea kwa chipu.Katika mawimbi yaliyopokewa na lebo, kuna vipengee vya mtoa huduma na vijenzi vya ukanda wa kando vinavyowakilisha saa ya kiwango cha chini cha kiwango cha chipu cha kuenea.Kwa wakati huu, sehemu ya urekebishaji inatumiwa kusambaza kiwango cha chip na taarifa ya saa ya mfuatano wa wigo wa kuenea, na jumla ya nishati hutumiwa kuchaji capacitor ya hifadhi ya nishati kwenye-chip na kurekebisha data iliyopokelewa na kutuma jibu kwa msomaji.Mzunguko wa uchimbaji wa chipu na ugavi wa usambazaji wa ishara ya ishara ya majibu ya kitengo cha nguvu.Kwa hiyo, katika kipindi ambacho msomaji anapokea jibu, lebo hupokea nishati ya mzunguko wa redio na hutumiwa kwa lebo kuendelea kuchaji, ishara ya maingiliano ya chip hutolewa na data ya majibu hubadilishwa na majibu hutumwa.Capacitor ya kuhifadhi nishati ya lebo iko katika hali ya usambazaji wa nishati inayoelea.

Kwa kifupi, pamoja na lebo inayoingia kwenye uwanja wa RF wa msomaji na kuanza kuanzisha kipindi cha usambazaji wa nishati, lebo hiyo itasambaza nishati yote ya RF iliyopokelewa kwa mzunguko wa kurekebisha voltage-mara mbili ili kuchaji capacitor ya kuhifadhi nishati kwenye-chip, na hivyo kuanzisha. usambazaji wa nguvu wa chip.Baadaye, tagi hutoa ulandanishi kutoka kwa mawimbi ya masafa ya redio iliyopokelewa, hutekeleza upunguzaji wa amri, au hurekebisha na kusambaza data ya majibu, ambayo yote hutumia nishati ya masafa ya redio iliyopokewa.

3. Mahitaji ya nishati ya RF kwa matumizi tofauti

(1) Mahitaji ya nishati ya RF kwa usambazaji wa nishati isiyo na waya

Uhamisho wa nguvu usiotumia waya huanzisha usambazaji wa nguvu kwa lebo, kwa hivyo inahitaji voltage ya kutosha kuendesha saketi ya chip, na nguvu ya kutosha na uwezo wa usambazaji wa nguvu unaoendelea.

Ugavi wa nguvu wa upitishaji wa umeme usiotumia waya ni kuanzisha usambazaji wa nishati kwa kupokea nishati ya uga ya RF ya msomaji na urekebishaji wa voltage mara mbili wakati lebo haina usambazaji wa nishati.Kwa hiyo, unyeti wake wa kupokea ni mdogo na kushuka kwa voltage ya bomba la kugundua diode ya mbele.Kwa chip za CMOS, unyeti wa kupokea wa urekebishaji wa kuongezeka kwa voltage ni Kati ya -11 na -0.7dBm, ni kizuizi cha vitambulisho vya passiv.

(2) Mahitaji ya nishati ya RF kwa ugunduzi wa ishara uliopokelewa

Wakati urekebishaji wa kuongeza volteji maradufu huanzisha usambazaji wa nishati ya chip, lebo inahitaji kugawanya sehemu ya nishati ya masafa ya redio iliyopokelewa ili kutoa mzunguko wa kutambua mawimbi, ikiwa ni pamoja na utambuzi wa mawimbi ya amri na utambuzi wa saa unaolingana.Kwa sababu ugunduzi wa mawimbi unafanywa chini ya hali ya kwamba ugavi wa nguvu wa tagi umeanzishwa, unyeti wa upunguzaji data hauzuiliwi na kushuka kwa voltage ya bomba la diode la mwisho wa kugundua, kwa hivyo usikivu wa kupokea ni wa juu zaidi kuliko nguvu ya wireless. upitishaji kupokea unyeti, na ni mali ya kutambua amplitude ya ishara, na hakuna mahitaji ya nguvu ya nguvu.

(3) Mahitaji ya nishati ya RF kwa majibu ya lebo

Wakati lebo inajibu kutuma, pamoja na kugundua saa inayolingana, inahitaji pia kufanya urekebishaji wa pseudo-PSK kwenye mtoa huduma aliyepokea (iliyo na bahasha ya kurekebisha saa) na kutambua uhamisho wa kinyume.Kwa wakati huu, kiwango fulani cha nguvu kinahitajika, na thamani yake inategemea umbali wa msomaji kwenye lebo na unyeti wa msomaji kupokea.Kwa kuwa mazingira ya kazi ya msomaji huruhusu utumiaji wa miundo ngumu zaidi, mpokeaji anaweza kutekeleza muundo wa mbele wa kelele ya chini, na kitambulisho cha masafa ya redio cha mgawanyiko wa nambari hutumia urekebishaji wa wigo wa kuenea, pamoja na faida ya wigo na faida ya mfumo wa PSK. , usikivu wa msomaji unaweza kuundwa kuwa wa juu vya kutosha.Ili mahitaji ya ishara ya kurudi ya lebo yamepunguzwa vya kutosha.

Kwa muhtasari, nguvu ya masafa ya redio inayopokewa na lebo hutengwa hasa kama nishati ya urekebishaji ya upitishaji wa nguvu isiyo na waya, na kisha kiwango kinachofaa cha kiwango cha ugunduzi wa ishara ya lebo na kiwango kinachofaa cha nishati ya urekebishaji wa kurudi hutengwa ili kufikia nishati inayofaa. usambazaji na kuhakikisha malipo ya kuendelea ya capacitor ya kuhifadhi nishati.ni muundo unaowezekana na unaofaa.

Inaweza kuonekana kuwa nishati ya mzunguko wa redio iliyopokelewa na vitambulisho vya passiv ina mahitaji mbalimbali ya maombi, hivyo muundo wa usambazaji wa nguvu wa mzunguko wa redio unahitajika;mahitaji ya matumizi ya nishati ya mzunguko wa redio katika vipindi tofauti vya kazi ni tofauti, kwa hiyo ni muhimu kuwa na muundo wa usambazaji wa nguvu wa mzunguko wa redio kulingana na mahitaji ya vipindi tofauti vya kazi;Maombi tofauti yana mahitaji tofauti ya nishati ya RF, kati ya ambayo upitishaji wa nguvu isiyo na waya unahitaji nguvu zaidi, kwa hivyo mgao wa umeme wa RF unapaswa kuzingatia mahitaji ya upitishaji wa nguvu isiyo na waya.

Lebo tuli za UHF RFID hutumia upitishaji wa nishati isiyotumia waya ili kuanzisha usambazaji wa nishati ya lebo.Kwa hivyo, ufanisi wa usambazaji wa umeme ni mdogo sana na uwezo wa usambazaji wa umeme ni dhaifu sana.Chip ya lebo lazima iundwe kwa matumizi ya chini ya nguvu.Sakiti ya chip inawezeshwa na kuchaji na kutoa capacitor ya kuhifadhi nishati kwenye chip.Kwa hiyo, ili kuhakikisha uendeshaji unaoendelea wa studio, capacitor ya kuhifadhi nishati lazima iendelee kushtakiwa.Nishati ya masafa ya redio iliyopokelewa na lebo ina programu tatu tofauti: urekebishaji wa voltage-maradufu kwa usambazaji wa nguvu, upokeaji wa ishara ya amri na upunguzaji, na urekebishaji wa mawimbi ya majibu na usambazaji.Miongoni mwao, unyeti wa kupokea wa kurekebisha voltage-mara mbili huzuiwa na kushuka kwa voltage ya diode ya kurekebisha, ambayo inakuwa interface ya hewa.kizuizi.Kwa sababu hii, upokeaji wa mawimbi na upunguzaji na urekebishaji wa mawimbi na uwasilishaji ni kazi za msingi ambazo mfumo wa RFID lazima uhakikishe.Kadiri uwezo wa ugavi wa umeme wa lebo ya kirekebishaji kirekebisha nguvu cha voltage doubler, ndivyo bidhaa inavyokuwa na ushindani mkubwa.Kwa hivyo, kigezo cha kusambaza kwa busara nishati ya RF iliyopokelewa katika muundo wa mfumo wa lebo ni kuongeza usambazaji wa nishati ya RF kwa urekebishaji wa mara mbili ya voltage iwezekanavyo kwa msingi wa kuhakikisha upunguzaji wa ishara iliyopokelewa na usambazaji wa majibu. ishara.