Pentru cei începători cu RFID pasiv, apare o întrebare frecventă: deoarece etichetele RFID nu au baterii, ce alimentează de fapt cipul? Răspunsul nu este că eticheta își generează propria energie electrică; mai degrabă, recoltează energie RF limitată din câmpul electromagnetic emis de cititorul RFID și o convertește într-o tensiune DC utilizabilă de cip. Acest proces este cunoscut sub numele de RF Energy Harvesting-sau achiziția wireless de energie de către etichetă.
Pe baza experienței vaste a lui Xminnov în proiectarea antenei de etichete RFID, ambalarea cipurilor și testarea aplicațiilor, factori precum intervalul de citire, compatibilitatea materialului, sensibilitatea cipului și dimensiunea antenei depind în cele din urmă de o problemă fundamentală: dacă eticheta poate obține energie suficientă și stabilă în locul său real de funcționare.
Prin urmare, înțelegerea colectării energiei etichetelor RFID necesită să privim dincolo de simplul fapt că „etichetele pasive nu au nevoie de baterii”. Ceea ce determină cu adevărat performanța sistemului este întregul lanț energetic-de la puterea de transmisie a cititorului la antena etichetei, potrivirea impedanței, rectificarea și gestionarea puterii, până la pornirea cipului și comunicarea cu retrodifuziune.
Ce este RFID Tag Power Harvesting?
Recoltarea energiei etichetelor RFID se referă la procesul prin care o etichetă RFID utilizează energia electromagnetică RF (frecvență radio) generată de un cititor pentru a furniza putere de operare pentru circuitele sale electronice interne. Luați etichetele RFID UHF pasive comune, de exemplu; de obicei, le lipsește o baterie convențională. Când un cititor radiază un semnal RF în spațiu prin antena sa, antena etichetă captează o parte din acea energie. Antena convertește undele electromagnetice în semnale electrice RF; acestea trec apoi printr-o interfață RF și un circuit de redresare, transformând semnalul AC de înaltă-frecvență într-o tensiune DC. Odată ce condițiile de pornire ale cipului sunt îndeplinite, logica digitală internă a etichetei, memoria și alte module funcționale încep să funcționeze.
În același timp, eticheta nu generează în mod activ un nou operator wireless pentru comunicare, așa cum ar face un dispozitiv Wi-Fi. Pentru etichetele UHF pasive compatibile cu EPC Gen2/ISO 18000-63, transmisia de date se realizează în primul rând prin „backscatter” - modificarea impedanței la terminalul antenei pentru a crea stări diferite de reflexie pe care cititorul le poate detecta. Specificația GS1 EPC Gen2 adoptă în mod explicit modularea backscatter ca mecanism de comunicare între etichetă și interogator. Dintr-o perspectivă inginerească, o etichetă RFID pasivă efectuează în mod eficient două acțiuni secvențiale:
În primul rând, recoltează energie din câmpul RF al cititorului; apoi, folosește acea energie pentru a alimenta operațiunile cipului și pentru a facilita comunicarea cu backscatter.
Aceasta explică de ce „raza de citire” a unei etichete RFID nu poate fi pur și simplu echivalată cu dimensiunea antenei-o antenă mai mare nu garantează automat o rază de acțiune mai mare. Eticheta trebuie mai întâi să dobândească suficientă putere de intrare RF pentru a aduce cipul într-o stare de funcționare și, ulterior, să se asigure că semnalul retroîmprăștiat poate fi detectat în mod fiabil de către cititor.
Cum face anEtichetă RFIDconverti energia RF în energie electrică?
În ceea ce privește arhitectura circuitului, o etichetă RFID pasivă tipică poate fi simplificată după cum urmează:Antenă RFID → Potrivirea impedanței → Redresor → Gestionarea alimentării CC → RFID IC.
Antena etichetă este responsabilă pentru captarea energiei electromagnetice generată de cititor. Pentru RFID UHF, antena este de obicei o structură conductivă (imprimată sau gravată) proiectată pentru o anumită bandă de frecvență, în timp ce etichetele HF/NFC folosesc adesea antene bobină pentru a colecta energie prin cuplarea magnetică în câmp apropiat-.
Semnalul RF captat de antenă nu poate fi utilizat direct pentru alimentarea cipul digital. În interiorul RFID IC, intrarea RF trebuie să fie supusă redresării și gestionării puterii pentru a fi convertită într-o tensiune CC relativ stabilă. Cercetările privind alimentarea RF arată că arhitecturile tipice utilizează o antenă, o structură rezonantă și un circuit redresor pentru a transforma energia electromagnetică în putere de curent continuu.
În sistemele RFID UHF, acest proces se bazează în mare măsură pe capacitățile de rectificare ale frontului-chipului. Modelele de cercetare și inginerie descriu de obicei conversia puterii RF recepționate în putere DC prin intermediul unui redresor pentru a activa eticheta IC.
Există un detaliu adesea trecut cu vederea aici: eticheta nu „captează” întreaga putere RF emisă de cititor.
Puterea care ajunge efectiv la etichetă este deja influențată de factori precum distanța de propagare, orientarea antenei, puterea de ieșire a cititorului, polarizarea, obiectele din jur și reflexiile mediului. Odată ce energia ajunge la etichetă, este în continuare constrânsă de eficiența antenei, de potrivirea impedanței și de caracteristicile de intrare ale cipului. În cele din urmă, doar o fracțiune din lanțul energetic total intră de fapt în cip și este convertită efectiv în putere de curent continuu.
Prin urmare, colectarea energiei etichetelor RFID este în esență o provocare de conversie a energiei, caracterizată prin niveluri scăzute de putere și pierderi mari de energie.
UHF și HF/NFC folosesc metode diferite pentru colectarea energiei
Deși atât RFID UHF, cât și RFID HF/NFC pot funcționa pasiv, există diferențe semnificative în mecanismele lor de cuplare a energiei.
RFID UHF se bazează în principal pe propagarea undelor electromagnetice în câmp îndepărtat{0}}. Cititorul radiază energie RF în spațiu; antena etichetă captează o parte din această energie și o rectifică prin circuitele frontale-chipului. Această metodă este bine-potrivită pentru aplicațiile care necesită intervale de citire mai lungi, cum ar fi depozitarea, logistica, comerțul cu amănuntul și gestionarea activelor.
HF RFID și NFC funcționează în principal în jurul frecvenței de 13,56 MHz. Etichetele folosesc de obicei antene spiralate pentru a colecta energie prin cuplarea magnetică în câmp apropiat-. Puterea de cuplare dintre bobina etichetei și antena cititorului are un impact semnificativ asupra domeniului de funcționare și stabilității etichetei.
În unele sisteme HF/NFC, antena etichetă formează o rețea rezonantă cu un condensator, permițând o cuplare mai eficientă a energiei la frecvența țintă. Cercetarea circuitelor de alimentare cu energie RFID folosește în mod similar o structură în care un inductor și un condensator rezonant recoltează energie din câmpul electromagnetic, care este apoi convertită în curent continuu printr-un circuit redresor.
Prin urmare, în timp ce rezumarea „recoltare pasivă de energie RFID” doar ca „eticheta primește unde radio și generează electricitate” nu este complet incorectă, este prea simplistă pentru scopuri de proiectare inginerească. Recoltarea în câmp departe-UHF și cuplarea în câmp aproape-HF/NFC implică logici de proiectare distincte în ceea ce privește configurația antenei, distanța de cuplare, potrivirea impedanței și mediile de aplicare.
Din perspectiva unui producător RFID, cum este evaluată capacitatea de colectare a energiei unei etichete?
La Xminnov, atunci când executăm proiecte de etichete RFID, acordăm prioritate performanței cuprinzătoare a unei etichete în medii reale-lumea reală față de măsurătorile izolate de citire-luate într-un laborator.
În primul rând, banda de frecvență țintă și protocolul trebuie identificate-cum ar fi EPC Gen2/ISO 18000-63 pentru RFID UHF sau standardele ISO relevante pentru HF/NFC. Apoi, o structură de antenă adecvată este selectată pe baza caracteristicilor de intrare ale cipului.
Pașii următori implică testarea potrivirii impedanței etichetei, frecvența de rezonanță, performanța pe diferite materiale și comportamentul de activare într-un câmp RF real. Pentru etichetele UHF, este, de asemenea, necesar să se evalueze holistic sensibilitatea etichetelor, performanța de retrodifuzare și sensibilitatea cititorului. Dacă în cele din urmă etichetele sunt destinate utilizării pe echipamente metalice, piese de automobile, ambalaje lichide sau în spații închise, în general, acordăm prioritate testării materialelor reale, în defavoarea exclusivă a rezultatelor testelor în-spațiul liber.
Acest lucru se datorează faptului că poate exista o diferență semnificativă între „domeniul de citire în aer liber” măsurat în laborator și „domeniul de citire efectiv” după ce eticheta este montată pe produs.
