Yangiliklar

Passiv Internet of Things texnologiyasining eng asosiy qismi sifatida UHF RFID passiv teglari supermarket chakana savdosi, logistika va omborxona, kitob arxivlari, qalbakilashtirishga qarshi kuzatuv va boshqalar kabi ko'plab ilovalarda keng qo'llanilgan. Faqat 2021 yilda global Yuk tashish hajmi 20 milliarddan ortiq.Amaliy ilovalarda, UHF RFID passiv yorlig'ining chipi quvvatni ta'minlash uchun aynan nimaga tayanadi?

UHF RFID passiv tegining quvvat manbai xususiyatlari

1. Simsiz quvvat bilan quvvatlanadi

Simsiz elektr uzatish - bu elektr energiyasini bir joydan ikkinchi joyga o'tkazish uchun simsiz elektromagnit nurlanishdan foydalanish.Ish jarayoni elektr energiyasini radiochastota tebranishi orqali radiochastota energiyasiga aylantirishdan iborat va radiochastota energiyasi uzatuvchi antenna orqali radioelektromagnit maydon energiyasiga aylanadi.Radio elektromagnit maydon energiyasi kosmos bo'ylab tarqaladi va qabul qiluvchi antennaga etib boradi, keyin u qabul qiluvchi antenna tomonidan radiochastota energiyasiga aylanadi va aniqlash to'lqini doimiy energiyaga aylanadi.

1896 yilda italiyalik Guglielmo Marchese Markoni radio signallarini kosmosda uzatishni amalga oshirgan radioni ixtiro qildi.1899 yilda amerikalik Nikola Tesla simsiz quvvat uzatishdan foydalanish g'oyasini taklif qildi va 300 kVt quvvatni kiritish uchun 150 kHz chastotadan foydalangan holda 60 m balandlikdagi, endüktans bottonga o'rnatilgan, sig'imi Koloradoda tepaga o'rnatilgan antennani o'rnatdi.U 42 km gacha bo'lgan masofaga uzatadi va qabul qiluvchi uchida 10 kVt simsiz qabul qiluvchi quvvat oladi.

UHF RFID passiv teg quvvat manbai bu fikrga amal qiladi va o'quvchi radio chastotasi orqali tegni quvvat bilan ta'minlaydi.Biroq, UHF RFID passiv yorlig'i quvvat manbai va Tesla testi o'rtasida juda katta farq bor: chastota deyarli o'n ming baravar yuqori va antenna o'lchami ming marta kamayadi.Simsiz uzatishning yo'qolishi chastota kvadratiga mutanosib va ​​masofa kvadratiga proportsional bo'lgani uchun, uzatish yo'qotilishining ortishi juda katta ekanligi aniq.Simsiz uzatishning eng oddiy rejimi bu bo'sh joyni tarqatishdir.Tarqalishning yo'qolishi tarqalish to'lqin uzunligi kvadratiga teskari proportsional va masofa kvadratiga proportsionaldir.Erkin bo'shliqning tarqalish yo'qolishi LS=20lg (4pd/l).Agar d masofa birligi m, chastota birligi f MGts bo'lsa, LS= -27,56+20lgd+20lgf.

UHF RFID tizimi simsiz quvvat uzatish mexanizmiga asoslangan.Passiv teg o'z quvvat manbaiga ega emas.U o'quvchi tomonidan chiqariladigan radiochastota energiyasini qabul qilishi va kuchlanishni ikki baravar oshirish orqali to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri quvvat manbaini o'rnatishi kerak, ya'ni Dikson zaryad pompasi orqali shahar quvvat manbaini o'rnatish.

UHF RFID havo interfeysining tegishli aloqa masofasi asosan o'quvchining uzatish kuchi va kosmosdagi asosiy tarqalish yo'qolishi bilan belgilanadi.UHF diapazoni RFID o'quvchi uzatish quvvati odatda 33 dBm bilan cheklangan.Boshqa mumkin bo'lgan yo'qotishlarni e'tiborsiz qoldirib, asosiy yo'qotish formulasidan simsiz quvvat uzatish orqali tegga yetadigan RF quvvatini hisoblash mumkin.UHF RFID havo interfeysining aloqa masofasi va asosiy tarqalish yo'qolishi va tegga yetadigan RF quvvati o'rtasidagi bog'liqlik jadvalda ko'rsatilgan:

Jadvaldan ko'rinib turibdiki, UHF RFID simsiz quvvat uzatish katta uzatish yo'qotish xususiyatlariga ega.RFID milliy qisqa masofali aloqa qoidalariga mos kelganligi sababli, o'quvchining uzatish quvvati cheklangan, shuning uchun teg kam quvvat bilan ta'minlashi mumkin.Aloqa masofasi oshgani sayin passiv teg tomonidan qabul qilingan radiochastota energiyasi chastotaga qarab kamayadi va quvvat manbai quvvati tez kamayadi.

2. Chipdagi energiyani saqlash kondensatorlarini zaryadlash va tushirish orqali elektr ta'minotini amalga oshirish

(1) Kondensatorning zaryadlash va tushirish xususiyatlari

Passiv teglar energiya olish, uni doimiy kuchlanishga aylantirish, chipdagi kondansatörlarni zaryad qilish va saqlash uchun simsiz quvvat uzatishdan foydalanadi va keyin zaryadsizlanish orqali yukni quvvat bilan ta'minlaydi.Shuning uchun, passiv teglarning elektr ta'minoti jarayoni kondansatkichlarni zaryadlash va tushirish jarayonidir.O'rnatish jarayoni sof zaryadlash jarayonidir va elektr ta'minoti jarayoni zaryadsizlanish va qo'shimcha zaryadlash jarayonidir.Qo'shimcha zaryadlash deşarj zo'riqishida chipning minimal ta'minot kuchlanishiga yetguncha boshlanishi kerak.

(2) Kondansatör zaryadlash va tushirish parametrlari

1) Zaryadlash parametrlari

Zaryadlash vaqti uzunligi: tC=RC×C

Zaryadlash kuchlanishi:

zaryadlash oqimi:

bu erda RC - zaryadlovchi rezistor va C - energiya saqlash kondensatori.

2) Bo'shatish parametrlari

Bo'shatish vaqti uzunligi: tD=RD×C

Chiqarish kuchlanishi:

Chiqarish oqimi:

Formulada RD - zaryadsizlanish qarshiligi va C - energiya saqlash kondansatörü.

Yuqorida passiv teglarning quvvat manbai xususiyatlari ko'rsatilgan.Bu doimiy kuchlanish manbai ham, doimiy oqim manbai ham emas, balki energiyani saqlash kondansatkichining zaryadlanishi va zaryadsizlanishi.Chipdagi energiyani saqlash kondensatori chip pallasining V0 ish kuchlanishidan yuqori zaryadlanganda, u tegni quvvat bilan ta'minlashi mumkin.Energiyani saqlash kondensatori quvvat bera boshlaganda, uning quvvat manbai kuchlanishi pasayishni boshlaydi.Chipning ish kuchlanishi V0 dan pastga tushganda, energiya saqlash kondansatörü quvvat manbai qobiliyatini yo'qotadi va chip ishlashni davom ettira olmaydi.Shuning uchun havo interfeysi yorlig'i tegni to'ldirish uchun etarli quvvatga ega bo'lishi kerak.

Ko'rinib turibdiki, passiv teglarni quvvat bilan ta'minlash rejimi portlash aloqasi xususiyatlariga mos keladi va passiv teglarning quvvat manbai ham doimiy zaryadlashni qo'llab-quvvatlashga muhtoj.

3 Talab va taklif balansi

Suzuvchi zaryadlovchi quvvat manbai boshqa quvvat manbai usuli hisoblanadi va suzuvchi zaryadlovchi quvvat manbai quvvati zaryadlash quvvatiga moslashtirilgan.Ammo ularning barchasida umumiy muammo bor, ya'ni UHF RFID passiv teglarning quvvat manbai talab va taklifni muvozanatlashi kerak.

(1) Portlash aloqasi uchun ta'minot va talab muvozanati quvvat manbai rejimi

UHF RFID passiv teglarining joriy ISO/IEC18000-6 standarti portlash aloqa tizimiga tegishli.Passiv teglar uchun qabul qilish davrida hech qanday signal uzatilmaydi.Javob davri tashuvchi to'lqinni qabul qilsa-da, u tebranish manbasini olish bilan tengdir, shuning uchun uni simpleks ish deb hisoblash mumkin.Yo'l.Ushbu dastur uchun, agar qabul qilish davri energiya saqlash kondensatorining zaryadlash davri sifatida ishlatilsa va javob davri energiya saqlash kondensatorining zaryadsizlanish davri bo'lsa, talab va taklif muvozanatini saqlash uchun zaryad va tushirishning teng miqdori bo'ladi. tizimning normal ishlashini ta'minlash uchun zarur shart.Yuqorida aytib o'tilgan UHF RFID passiv tegining quvvat manbai mexanizmidan ma'lum bo'lishi mumkinki, UHF RFID passiv yorlig'ining quvvat manbai na doimiy oqim manbai, na doimiy kuchlanish manbai.Teg energiyani saqlash kondansatkichi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan normal ish kuchlanishidan yuqori kuchlanish bilan zaryadlanganda, quvvat manbai boshlanadi;teg energiya saqlash kondensatori kontaktlarning zanglashiga olib keladigan normal ish kuchlanishidan pastroq kuchlanishga tushirilganda, quvvat manbai to'xtatiladi.

Passiv yorlig'i UHF RFID havo interfeysi kabi portlash aloqasi uchun zaryadni teg javob portlashini yuborishdan oldin zaryadlash mumkin, bu javob tugaguniga qadar etarli kuchlanish saqlanishini ta'minlash uchun etarli.Shuning uchun, teg qabul qilishi mumkin bo'lgan etarlicha kuchli radiochastota nurlanishiga qo'shimcha ravishda, chipdan chipning etarlicha katta sig'imi va etarlicha uzoq zaryadlash vaqti ham talab qilinadi.Teg javob quvvat sarfi va javob vaqti ham moslashtirilishi kerak.Teg va o'quvchi o'rtasidagi masofa tufayli javob vaqti har xil, energiya saqlash kondensatorining maydoni cheklangan va boshqa omillar, vaqtni taqsimlashda talab va taklifni muvozanatlash qiyin bo'lishi mumkin.

(2) Uzluksiz aloqa uchun suzuvchi quvvat manbai rejimi

Uzluksiz aloqa uchun, energiya saqlash kondansatörü uzluksiz quvvat ta'minotini ta'minlash uchun u bir vaqtning o'zida zaryadsizlanishi va zaryadlanishi kerak va zaryadlash tezligi zaryadsizlanish tezligiga o'xshaydi, ya'ni quvvat manbai quvvati quvvat manbai quvvatini saqlashdan oldin saqlanadi. aloqa tugatiladi.

Passiv teg kodi bo'linmasi radio chastotasini identifikatsiyalash va UHF RFID passiv teg joriy standarti ISO / IEC18000-6 umumiy xususiyatlarga ega.Tegni qabul qilish holatini demodulyatsiya qilish va dekodlash, javob holatini modulyatsiya qilish va yuborish kerak.Shuning uchun u uzluksiz aloqaga muvofiq ishlab chiqilishi kerak.Tag chip quvvat ta'minoti tizimi.Zaryadlash tezligi zaryadsizlanish tezligiga o'xshash bo'lishi uchun teg tomonidan olingan energiyaning katta qismi zaryadlash uchun ishlatilishi kerak.

Umumiy RF manbalari

1. Passiv teglar uchun RF front-end

Passiv teglar nafaqat teglar va otkritkalarning o'quvchilardan radiochastota energiyasiga quvvat manbai sifatida ishlatiladi, balki bundan ham muhimi, ko'rsatma signalini o'quvchidan tegga uzatish va tegdan o'quvchiga javob signalini uzatishdir. simsiz ma'lumotlarni uzatish orqali amalga oshiriladi.Yorliq tomonidan qabul qilingan radiochastota energiyasi uch qismga bo'linishi kerak, ular mos ravishda elektr ta'minotini o'rnatish, signalni demodulyatsiya qilish (shu jumladan buyruq signali va sinxronizatsiya soati) va javob tashuvchisini ta'minlash uchun chip uchun ishlatiladi.

Joriy standart UHF RFID ning ish rejimi quyidagi xususiyatlarga ega: pastga ulanish kanali eshittirish rejimini qabul qiladi va yuqoriga ulanish kanali ko'p yorliqli almashish bir kanalli ketma-ketlik javobi rejimini qabul qiladi.Shuning uchun axborotni uzatish nuqtai nazaridan u simpleks ish rejimiga kiradi.Biroq, tegning o'zi uzatish tashuvchisini ta'minlay olmaganligi sababli, teg javobi tashuvchini o'quvchining yordami bilan ta'minlashi kerak.Shuning uchun, teg javob berganida, jo'natuvchi holatga kelsak, aloqaning ikkala uchi ham dupleks ish holatida bo'ladi.

Turli xil ish sharoitlarida teg tomonidan ishga tushirilgan elektron birliklar har xil va turli elektron birliklarning ishlashi uchun zarur bo'lgan quvvat ham boshqacha.Barcha quvvat teg tomonidan qabul qilingan radio chastotasi energiyasidan keladi.Shuning uchun, RF energiyasining taqsimlanishini oqilona va kerak bo'lganda nazorat qilish kerak.

2. Turli ish soatlarida RF energiyasini qo'llash

Teg o'quvchining RF maydoniga kirsa va quvvatni qurishni boshlaganda, o'quvchi bu vaqtda qanday signal yubormasin, teg chipdagi energiyani saqlash kondansatkichini zaryad qilish uchun barcha qabul qilingan RF energiyasini kuchlanishni ikki baravar oshiruvchi rektifikator pallasiga etkazib beradi. , shu bilan chipning quvvat manbai o'rnatiladi.

O'quvchi buyruq signalini uzatganda, o'quvchining uzatish signali buyruq ma'lumotlari va tarqalish spektri ketma-ketligi bilan modulyatsiyalangan amplituda bilan kodlangan signaldir.Teg tomonidan qabul qilingan signalda buyruq ma'lumotlari va tarqalish spektri ketma-ketligini ifodalovchi tashuvchi komponentlar va yon tarmoqli komponentlar mavjud.Qabul qilingan signalning umumiy energiyasi, tashuvchisi energiyasi va yon tarmoqli komponentlari modulyatsiya bilan bog'liq.Ayni paytda modulyatsiya komponenti buyruqning sinxronizatsiya ma'lumotlarini va tarqalish spektri ketma-ketligini uzatish uchun ishlatiladi va umumiy energiya chipdagi energiyani saqlash kondansatkichini zaryad qilish uchun ishlatiladi, bu esa bir vaqtning o'zida chipga quvvat bera boshlaydi. sinxronizatsiya chiqarish sxemasi va buyruq signalini demodulyatsiya qilish sxemasi bloki.Shuning uchun, o'quvchi ko'rsatma yuborgan davrda teg tomonidan qabul qilingan radiochastota energiyasi tegni zaryadlashni davom ettirish, sinxronizatsiya signalini chiqarish, demodulyatsiya qilish va ko'rsatma signalini aniqlash uchun ishlatiladi.Yorliq energiya saqlash kondansatörü suzuvchi zaryad quvvat manbai holatida.

Teg o'quvchiga javob berganda, o'quvchining uzatilgan signali tarqalish spektrining tarqalishi spektrining chip tezligining pastki tezligi soatining amplitudasi bilan modulyatsiyalangan signaldir.Teg tomonidan qabul qilingan signalda tashuvchi komponentlar va yon tarmoqli komponentlar tarqalgan spektr chip tezligining pastki tezligi soatini ifodalaydi.Ayni paytda modulyatsiya komponenti tarqalish spektri ketma-ketligining chip tezligi va tezligi soati ma'lumotlarini uzatish uchun ishlatiladi va umumiy energiya chipdagi energiya saqlash kondansatkichini zaryad qilish va qabul qilingan ma'lumotlarni modulyatsiya qilish va javob yuborish uchun ishlatiladi. o'quvchi.Chip sinxronizatsiyasini chiqarish davri va javob signalini modulyatsiya qilish davri birligi quvvat manbai.Shuning uchun, o'quvchi javob olgan davrda teg radiochastota energiyasini oladi va teg zaryadlashni davom ettirish uchun ishlatiladi, chip sinxronizatsiya signali chiqariladi va javob ma'lumotlari modulyatsiya qilinadi va javob yuboriladi.Yorliq energiya saqlash kondansatörü suzuvchi zaryad quvvat manbai holatida.

Muxtasar qilib aytganda, teg o'quvchining RF maydoniga kirib, elektr ta'minoti davrini o'rnatishni boshlashdan tashqari, teg chipdagi energiya saqlash kondensatorini zaryad qilish uchun barcha qabul qilingan RF energiyasini kuchlanishni ikki baravar oshiruvchi rektifikator zanjiriga etkazib beradi va shu bilan chip quvvat manbai.Keyinchalik, teg qabul qilingan radiochastota signalidan sinxronizatsiyani chiqaradi, buyruq demodulyatsiyasini amalga oshiradi yoki javob ma'lumotlarini modulyatsiya qiladi va uzatadi, bularning barchasi qabul qilingan radiochastota energiyasidan foydalanadi.

3. Turli xil ilovalar uchun RF energiya talablari

(1) Simsiz quvvat uzatish uchun chastotali energiya talablari

Simsiz quvvat uzatish teg uchun quvvat manbaini o'rnatadi, shuning uchun chip pallasida harakatlanish uchun etarli kuchlanish va etarli quvvat va uzluksiz quvvat manbai qobiliyatini talab qiladi.

Simsiz elektr uzatishning quvvat manbai o'quvchining RF maydoni energiyasini qabul qilish va tegda elektr ta'minoti mavjud bo'lmaganda kuchlanishning ikki baravar ko'payishini tuzatish orqali elektr ta'minotini o'rnatishdir.Shuning uchun uning qabul qilish sezuvchanligi oldingi aniqlash diodli trubkasining kuchlanish pasayishi bilan chegaralanadi.CMOS chiplari uchun kuchlanishning ikki baravar ko'payishini to'g'rilashning qabul qilish sezgirligi -11 va -0,7 dBm oralig'ida, bu passiv teglarning darbog'idir.

(2) Qabul qilingan signalni aniqlash uchun chastotali energiya talablari

Voltajning ikki baravar ko'payishini to'g'rilash chipning quvvat manbaini o'rnatgan bo'lsa-da, teg qabul qilingan radiochastota energiyasining bir qismini signalni aniqlash sxemasini, shu jumladan buyruq signalini aniqlash va sinxron soatni aniqlashni ta'minlash uchun ajratishi kerak.Signalni aniqlash tegning quvvat manbai o'rnatilgan bo'lishi sharti bilan amalga oshirilganligi sababli, demodulyatsiya sezgirligi oldingi detektorli diodli trubaning kuchlanish pasayishi bilan cheklanmaydi, shuning uchun qabul qilish sezgirligi simsiz quvvatdan ancha yuqori. uzatish sezuvchanligini qabul qiladi va u signal amplitudasini aniqlashga tegishli va quvvat kuchi talabi yo'q.

(3) teg javobi uchun RF energiya talablari

Teg jo'natishga javob berganda, sinxron soatni aniqlashdan tashqari, u qabul qilingan tashuvchida (soat modulyatsiyasi konvertini o'z ichiga olgan) psevdo-PSK modulyatsiyasini amalga oshirishi va teskari uzatishni amalga oshirishi kerak.Bu vaqtda ma'lum bir quvvat darajasi talab qilinadi va uning qiymati o'quvchining teggacha bo'lgan masofasiga va o'quvchining qabul qilish sezgirligiga bog'liq.O'quvchining ish muhiti yanada murakkab dizaynlardan foydalanishga imkon berganligi sababli, qabul qiluvchi past shovqinli oldingi dizaynni amalga oshirishi mumkin va kod bo'linmasi radiochastotani identifikatsiyalashda tarqalgan spektr modulyatsiyasi, shuningdek, spektrning tarqalishi va PSK tizimining daromadi qo'llaniladi. , o'quvchining sezgirligi etarlicha yuqori bo'lishi uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin.Shunday qilib, yorliqning qaytish signaliga bo'lgan talablar etarlicha kamayadi.

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, teg tomonidan qabul qilingan radiochastota quvvati asosan simsiz quvvat uzatish kuchlanishining ikki baravar rektifikatsiya energiyasi sifatida taqsimlanadi, so'ngra mos energiyaga erishish uchun teg signalini aniqlash darajasining tegishli miqdori va qaytish modulyatsiyasining tegishli energiyasi ajratiladi. taqsimlash va energiya saqlash kondensatorining uzluksiz zaryadlanishini ta'minlash.mumkin va oqilona dizayndir.

Ko'rinib turibdiki, passiv teglar tomonidan qabul qilingan radiochastota energiyasi turli xil dastur talablariga ega, shuning uchun radio chastotali quvvatni taqsimlash dizayni talab qilinadi;turli ish davrlarida radiochastota energiyasini qo'llash talablari har xil, shuning uchun turli ish davrlari ehtiyojlariga muvofiq radio chastotali quvvat taqsimoti loyihasiga ega bo'lish kerak;Turli xil ilovalar RF energiyasiga turli xil talablarga ega, ular orasida simsiz quvvat uzatish eng ko'p quvvatni talab qiladi, shuning uchun RF quvvatini taqsimlash simsiz quvvat uzatish ehtiyojlariga qaratilishi kerak.

UHF RFID passiv teglari teg quvvat manbaini o'rnatish uchun simsiz quvvat uzatishdan foydalanadi.Shuning uchun elektr ta'minoti samaradorligi juda past va quvvat manbai qobiliyati juda zaif.Yorliq chipi kam quvvat sarfi bilan ishlab chiqilishi kerak.Chip sxemasi chipdagi energiyani saqlash kondensatorini zaryadlash va tushirish orqali quvvatlanadi.Shuning uchun, yorliqning uzluksiz ishlashini ta'minlash uchun energiya saqlash kondensatori doimiy ravishda zaryadlanishi kerak.Teg tomonidan qabul qilingan radiochastota energiyasi uch xil dasturga ega: quvvat manbai uchun kuchlanishni ikki baravar oshirish, buyruq signalini qabul qilish va demodulyatsiya qilish, javob signalini modulyatsiya qilish va uzatish.Ularning orasida kuchlanishni ikki baravar ko'paytirishni to'g'rilashning qabul qiluvchi sezgirligi havo interfeysiga aylanadigan rektifikator diodining kuchlanish pasayishi bilan cheklanadi.to'siq.Shu sababli, signalni qabul qilish va demodulyatsiya qilish va javob signalini modulyatsiya qilish va uzatish RFID tizimi ta'minlashi kerak bo'lgan asosiy funktsiyalardir.Voltajli dublyor rektifikator yorlig'ining quvvat manbai qobiliyati qanchalik kuchli bo'lsa, mahsulot raqobatdoshroq bo'ladi.Shuning uchun, teg tizimini loyihalashda qabul qilingan RF energiyasini oqilona taqsimlash mezoni qabul qilingan signalning demodulyatsiyasini va javobning uzatilishini ta'minlash uchun kuchlanishni ikki baravar tuzatish orqali RF energiya ta'minotini maksimal darajada oshirishdan iborat. signal.