关于 RFID

RFID(射频识别)是通过无线通信协议识别物体的。不管是在供应链管理,还是在资产跟踪,以及防假冒药品认证之类的应用中,这种技术相对于传统的方法都具备了很多优势。

有人把RFID技术比喻成电子条码,这是一个过于简单化的类比,类似于把手机比喻成两个罐子之间在进行字符串通信。射频识别技术已远远超越了条形码技术,条码技术使用光学读写器,缺乏互动性,不能用于识别单个物体,很容易被假冒或以其他方式破坏。 RFID标签是复杂的,可承载单一的,现场可更新信息的智能设备。善用RFID可以获得巨大的收益,不仅在时间、成本和劳动力等方面,还在于前所未有的供应链可视性。这就是各主要零售商、国防部,美国食品药品管理局和其他组织和企业纷纷来部署RFID技术的原因所在。

一个典型的RFID系统有三个主要组成部分:标签,读写器,读写器天线。让我们仔细研究这些组成部分。

 

RFID 标签

RFID 标签制造

一个RFID标签内有着一个集成电路(IC或者芯片),它被安装在有弹性的PET或者纸基板上,这些基板已预先按特定的天线设计刷上导电油墨(或组装预印式蚀刻,盖章,或蒸气沉积型天线),接着将上面的半成品夹在印刷好的标签纸与黏性纸之间,制作成智能标签。我们可以用一个独特的可跟踪的称为电子产品编码(EPC)的标识符对其进行编码,附在单个产品、容器与托盘上。针对有些应用,标签芯片还可以在它们组装之前进行预编程。

RFID标签的运行

RFID标签是如何工作的?从根本上讲,它们的操作与你的手机或无线LAN等无线设备是基于同样的原理:连接在标签芯片上的天线以特定的通信协议发射出穿越空气的电磁波。这些特定频率是以赫兹(周期/秒)为单位。

关于频率的讨论结果,最后确定以EPC全球超高频(UHF)Gen 2标准为准,这个标准确定标签与读写器之间的通信频率在860MHz到960MHz频带之间。

UHF Gen 2 标签为无源的设备,因为它们不用电池就能运行。那它们是怎么运行的呢?它们“接收”一定范围内读写器发出的电磁能量,然后将这些能量转化为芯片可以用的直流电。就因为这些能量,标签芯片才可以与读写器通信。

通信流的方向不是从读写器到标签就是标签到读写器。标签通过反射或者后向散射将数字信号的部分能量传给读写器。通过反射和后向散射标签就实现了“应答”读写器的功能;根据特定的通信协议调制这些反射的信号,然后再传输数据给读写器。

 Gen 2协议包括一系列的命令和标签应答,用它们来控制读写器和标签之间的通信,在读写器能读写的区域内可能有大量的标签。

RFID 标签天线

在世界的每个地区

虽然它是方便的,但是还是没有一款单一的能否在全球各个地区都是最好的标签天线,能符合每个应用管理系统设计的需求。因此,这就使得一些具有最优化的模板和配置的天线迅速普及,无论它们是为托盘化案例或者小项目设计都是一样的。当制造一个标签时,将对标签尺寸、规格、成本、方位敏感度、范围进行折中的考虑。有些标签在一个特定的频率段可能是最优化的,而当附着于特殊特性的电介质材料(比如硬化玻璃)时它们要很好的发挥作用就需要做适当的调整。但有些在使用范围内通用性能会好些,它们在可用空间或者附着于芯片上时仍能在整个UHF频段有效地运行。我们的合作伙伴处有多种天线形状的基于Impinj技术的inlay与封装标签。

RFID 读写器

读写器,也被称为一个应答器,是一种连接公司系统软件与电子标签数据之间的装置。读写器与在一定区域内的RFID标签进行通信,这些操作包括简单的连续库存盘查,过滤(搜索符合某种标准的电子标签),读取经过选择的标签等等。

读写器使用它的天线发送编码后波形,其接收波形调制解调方式与电子标签是一样的。一个标签上的接收器电路能够检测区域内的调制解调信息,并利用自己的天线发送(散射)其响应信号。

读写器可以是固定式的(比如码头门或安装架形式),也可能是移动的(叉车或手持装置),或镶嵌在打印机/编码器中,作为解码单元。

 

RFID 读写器天线

读写器天线跟标签天线一样,也需要跟他们的应用相匹配。例如,天线可以安装在码头门、在商店的货架上或机架,或嵌入销售终端中,或集成进传输设备导轨。


读写器天线如何工作?简单说来,就是天线将电流转化成为一定信号强度的电磁波,然后将其发送到空间中。 最重要的参数是极化方向和发射功率水平。

一个线极化天线的辐射完全集中在一个平面上,而圆极化天线则在一个周期内完成一个旋转的波。

系统的性能也非常受制于读写器的天线端口数量(天线与读写器连接的地方),对端口的选择需要综合平衡成本与性能。有两种方案可供选择,分别是单端口与双端口。 单端口系统使用同一根天线来发送和接收,而双端口使用两个天线,分别用于发送和接收信号。 一个四单端口读写器需要4个天线;一个4双端口读写器需要8个天线,大大增加了部署成本和复杂度。尽管如此,一些读写器供应商仍选择了双端口,因为他们没有能开发相应的技术,以维持接收天线在一个单端口配置中所拥有的灵敏度。由于发送和接收信号共享一个天线,这种方法受信号反射回接收器干扰,提高本底噪声,降低动态范围,降低读写器的灵敏度。

但是,由于Impinj的技术突破,改变了这一切。Impinj认识到一个单端系统具有价格便宜,易于安装,并具有比双端系统更好的数据收集与处理效率, 于是Impinj设计了一系列创新技术,最终研发了INR™技术(Impinj 降噪技术)使得单端系统敏感度的问题得以解决。相对于传统的单端口系统而言INR技术不仅减少差不多20dB的噪声水平,而且增加了对邻近读写器的抗干扰能力。

更重要的是,单端天线大大地降低了Gen 2 应用到单品级(ILT)的难度。ILT对双端系统来说是困难和不切实际的。因为发射和接收天线必须靠的很近,这样发射天线传出的信号才有最高的强度传到接收天线。有些读写器使用双向天线,是因为这能为发射信号和接收信号的入口提供很好的隔离;在ILT环境中没有这种隔离。简而言之,单端读写器在ILT中能更好的工作。

 

 


Speedway Revolution Eval Kit

针对箱子、托盘与单品级应用的完整的 UHF Gen 2 RFID解决方案,参见Speedway Revolution评估套件。