Tiem, kas sākuši izmantot pasīvo RFID, rodas izplatīts jautājums: tā kā RFID tagiem trūkst bateriju, kas patiesībā darbina mikroshēmu? Atbilde nav tāda, ka birka pati ģenerē elektrību; drīzāk tā savāc ierobežotu RF enerģiju no RFID lasītāja izstarotā elektromagnētiskā lauka un pārvērš to līdzstrāvas spriegumā, ko var izmantot mikroshēmā. Šis process ir pazīstams kā RF enerģijas ieguve{1}}vai bezvadu jaudas iegūšana, izmantojot tagu.
Pamatojoties uz Xminnov plašo pieredzi RFID tagu antenu projektēšanā, mikroshēmu iepakojumā un lietojuma testēšanā, tādi faktori kā lasīšanas diapazons, materiālu saderība, mikroshēmas jutība un antenas izmērs galu galā ir atkarīgi no būtiskas problēmas: vai tags var iegūt pietiekamu un stabilu enerģiju savā faktiskajā darbības vietā.
Tāpēc, lai izprastu RFID tagu enerģijas ieguvi, ir jāskatās tālāk par vienkāršu faktu, ka "pasīvajiem tagiem nav vajadzīgas baterijas". Tas, kas patiesi nosaka sistēmas veiktspēju, ir visa enerģijas ķēde-, kas aptver no lasītāja pārraides jaudas līdz marķējuma antenai, pretestības saskaņošanu, labošanu un jaudas pārvaldību, līdz pat mikroshēmas palaišanai un atpakaļizkliedes komunikācijai.
Kas ir RFID tagu enerģijas iegūšana?
RFID marķējuma jaudas iegūšana attiecas uz procesu, kurā RFID marķējums izmanto RF (radiofrekvences) elektromagnētisko enerģiju, ko ģenerē lasītājs, lai nodrošinātu darba jaudu savām iekšējām elektroniskajām shēmām. Ņemiet, piemēram, parastos pasīvos UHF RFID tagus; tiem parasti trūkst parastā akumulatora. Kad lasītājs caur savu antenu izstaro RF signālu kosmosā, marķējuma antena uztver daļu no šīs enerģijas. Antena pārveido elektromagnētiskos viļņus RF elektriskos signālos; tie iziet cauri RF interfeisam un taisnošanas shēmai, pārvēršot augstfrekvences maiņstrāvas signālu līdzstrāvas spriegumā. Kad ir izpildīti mikroshēmas palaišanas nosacījumi, sāk darboties taga iekšējā digitālā loģika, atmiņa un citi funkcionālie moduļi.
Tajā pašā laikā tags aktīvi neģenerē jaunu bezvadu mobilo sakaru operatoru saziņai, kā to darītu Wi{0}}Fi ierīce. Pasīvajiem UHF tagiem, kas ir saderīgi ar EPC Gen2/ISO 18000-63, datu pārraide galvenokārt tiek nodrošināta ar "atgriezeniskās izkliedes" palīdzību, mainot pretestību antenas terminālī, lai radītu dažādus atstarošanas stāvokļus, ko lasītājs var noteikt. GS1 EPC Gen2 specifikācija nepārprotami izmanto atpakaļizkliedes modulāciju kā saziņas mehānismu starp tagu un pieprasītāju. No inženierijas viedokļa pasīvais RFID tags efektīvi veic divas secīgas darbības:
Pirmkārt, tas iegūst enerģiju no lasītāja RF lauka; tad tā izmanto šo enerģiju, lai darbinātu mikroshēmas darbības un atvieglotu atpakaļizkliedes saziņu.
Tas izskaidro, kāpēc RFID atzīmes "lasīšanas diapazonu" nevar vienkārši pielīdzināt antenas izmēram-lielāka antena automātiski negarantē garāku diapazonu. Tagam vispirms ir jāiegūst pietiekama RF ievades jauda, lai mikroshēma nonāktu darba stāvoklī, un pēc tam jānodrošina, lai lasītājs varētu droši noteikt atpakaļizkliedēto signālu.
Kā darbojas anRFID tagspārveidot RF enerģiju elektroenerģijā?
Shēmas arhitektūras ziņā tipisku pasīvo RFID tagu var vienkāršot šādi:RFID antena → Impedances saskaņošana → Taisngriezis → Līdzstrāvas jaudas pārvaldība → RFID IC.
Tagu antena ir atbildīga par lasītāja radītās elektromagnētiskās enerģijas uztveršanu. UHF RFID antena parasti ir vadoša struktūra (iespiesta vai iegravēta), kas paredzēta noteiktai frekvenču joslai, savukārt HF/NFC tagos bieži tiek izmantotas spoles antenas, lai iegūtu enerģiju, izmantojot tuva lauka magnētisko savienojumu.
Antenas uztverto RF signālu nevar tieši izmantot digitālās mikroshēmas barošanai. RFID IC iekšpusē RF ieejai ir jāveic iztaisnošana un jaudas pārvaldība, lai to pārveidotu par relatīvi stabilu līdzstrāvas spriegumu. Pētījumi par RF barošanu liecina, ka tipiskās arhitektūrās tiek izmantota antena, rezonanses struktūra un taisngrieža ķēde, lai pārveidotu elektromagnētisko enerģiju līdzstrāvas strāvā.
UHF RFID sistēmās šis process lielā mērā ir atkarīgs no mikroshēmas priekšpuses{0}}labošanas iespējām. Pētniecības un inženiertehniskie modeļi parasti apraksta saņemtās RF jaudas pārveidošanu līdzstrāvā, izmantojot taisngriezi, lai aktivizētu tagu IC.
Šeit ir bieži aizmirsta detaļa: atzīme "neuztver" visu lasītāja izstarotās RF jaudu.
Jaudu, kas faktiski sasniedz tagu, jau ietekmē tādi faktori kā izplatīšanās attālums, antenas orientācija, lasītāja izvades jauda, polarizācija, apkārtējie objekti un vides atstarošana. Kad enerģija sasniedz atzīmi, to vēl vairāk ierobežo antenas efektivitāte, pretestības atbilstība un mikroshēmas ievades īpašības. Galu galā tikai daļa no kopējās enerģijas ķēdes faktiski nonāk mikroshēmā un tiek efektīvi pārveidota par līdzstrāvu.
Tāpēc RFID marķējuma jaudas iegūšana būtībā ir enerģijas pārveidošanas izaicinājums, ko raksturo zems jaudas līmenis un lieli enerģijas zudumi.
UHF un HF/NFC izmanto dažādas enerģijas ieguves metodes
Lai gan gan UHF RFID, gan HF/NFC RFID var darboties pasīvi, to enerģijas savienojuma mehānismos ir būtiskas atšķirības.
UHF RFID galvenokārt balstās uz tāla{0}}lauka elektromagnētisko viļņu izplatīšanos. Lasītājs izstaro RF enerģiju kosmosā; tagu antena uztver daļu no šīs enerģijas un izlabo to, izmantojot mikroshēmas priekšējo -gala shēmu. Šī metode ir labi-piemērota lietojumprogrammām, kurām nepieciešams ilgāks lasīšanas diapazons, piemēram, noliktavām, loģistikai, mazumtirdzniecībai un līdzekļu pārvaldībai.
HF RFID un NFC galvenokārt darbojas aptuveni 13,56 MHz. Tagos parasti tiek izmantotas spoles antenas, lai iegūtu enerģiju, izmantojot tuva-lauka magnētisko savienojumu. Savienojuma stiprums starp tagu spoli un lasītāja antenu būtiski ietekmē birkas darbības diapazonu un stabilitāti.
Dažās HF/NFC sistēmās marķējuma antena veido rezonanses tīklu ar kondensatoru, kas nodrošina efektīvāku enerģijas savienojumu mērķa frekvencē. RFID barošanas ķēžu pētījumos līdzīgi tiek izmantota struktūra, kurā induktors un rezonanses kondensators iegūst enerģiju no elektromagnētiskā lauka, ko pēc tam pārvērš līdzstrāvas strāvā, izmantojot taisngrieža ķēdi.
Tāpēc, lai gan "pasīvās RFID enerģijas ieguves" apkopojums vienkārši kā "birka uztver radioviļņus un ģenerē elektrību" nav pilnīgi nepareizs, tas ir pārāk vienkāršots inženiertehniskā dizaina vajadzībām. UHF tālā-lauka novākšana un HF/NFC tuva{2}}lauka savienojums ietver atšķirīgu dizaina loģiku attiecībā uz antenas konfigurāciju, savienojuma attālumu, pretestības saskaņošanu un lietojumprogrammu vidi.
Kā no RFID ražotāja viedokļa tiek novērtēta marķējuma enerģijas ieguves spēja?
Uzņēmumā Xminnov, izpildot RFID tagu projektus, mēs piešķiram prioritāti tagu visaptverošai veiktspējai reālajā pasaulē, nevis izolētiem nolasīšanas-diapazona mērījumiem, kas veikti laboratorijā.
Pirmkārt, ir jāidentificē mērķa frekvenču josla un protokols,{0}}piemēram, EPC Gen2/ISO 18000-63 UHF RFID vai attiecīgie ISO standarti HF/NFC. Pēc tam tiek izvēlēta atbilstoša antenas struktūra, pamatojoties uz mikroshēmas ievades īpašībām.
Turpmākās darbības ietver marķējuma impedances atbilstības, rezonanses frekvences, dažādu materiālu veiktspējas un aktivizācijas darbības testēšanu faktiskā RF laukā. Attiecībā uz UHF tagiem ir arī holistiski jānovērtē tagu jutīgums, atpakaļizkliedes veiktspēja un lasītāja jutīgums. Ja atzīmes galu galā ir paredzētas izmantošanai uz metāla iekārtām, automobiļu detaļām, šķidro iepakojumu vai slēgtās telpās, mēs parasti dodam priekšroku faktiskai materiālu pārbaudei, nevis paļaujamies tikai uz brīvā-telpas testa rezultātiem.
Tas ir tāpēc, ka var būt ievērojama atšķirība starp "lasīšanas diapazonu brīvā gaisā", kas izmērīts laboratorijā, un "efektīvo nolasīšanas diapazonu" pēc etiķetes uzlikšanas uz izstrādājuma.
