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射頻識別技術是什么? RFID無線射頻識別技術基本介紹

發(fā)布時間:2021-06-01 責任編輯:wenwei

【導讀】無線射頻識別即射頻識別技術(Radio Frequency Identification,RFID),是自動識別技術的一種,通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫,從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的,其被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g之一。 
 
一、射頻識別技術是什么?
 
無線射頻識別即射頻識別技術(Radio Frequency Identification,RFID),是自動識別技術的一種,通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫,從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的,其被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g之一。 
 
無線射頻識別技術通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術,通過無線通信結合數(shù)據(jù)訪問技術,然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),加以實現(xiàn)非接觸式的雙向通信,從而達到了識別的目的,用于數(shù)據(jù)交換,串聯(lián)起一個極其復雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中,通過電磁波實現(xiàn)電子標簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離,可分為近場和遠場,為此讀/寫設備和電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應地被分為負載調制和反向散射調制。
 
二、RFID無線射頻識別技術基本介紹
 
無線射頻識別技術(Radio Frequency Idenfication,RFID)是一種非接觸的自動識別技術,其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達反射的傳輸特性,實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。
 
RFID系統(tǒng)至少包含電子標簽和閱讀器兩部分。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體,電子標簽由標簽天線和標簽專用芯片組成。依據(jù)電子標簽供電方式的不同,電子標簽可以分為有源電子標簽(Active tag)、無源電子標簽(Passive tag)和半無源電子標簽(Semi—passive tag)。有源電子標簽內裝有電池,無源射頻標簽沒有內裝電池,半無源電子標簽(Semi—passive tag)部分依靠電池工作。 
 
電子標簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標簽、高頻電子標簽、超高頻電子標簽和微波電子標簽。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡標簽、線形標簽、紙狀標簽、玻璃管標簽、圓形標簽及特殊用途的異形標簽等。 
 
RFID閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子標簽進行無線通信,可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內存數(shù)據(jù)的讀出或寫入操作。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。
 
三、RFID選型及基本電路框架
 
RFID 作為一項專業(yè)度較高的技術,在一些公司,可能還會專門招聘專業(yè)的 RFID 工程師。本篇闡述的涉及到的只是基本選型設計、電路框架,關于 RFID 天線調試、低功耗檢卡調試等。
 
NFC(Near Field Communication)芯片選型: 
 
主要考量點:
 
芯片支持的協(xié)議、是否支持低功耗檢卡、是否能過金融認證、芯片價格 
 
芯片支持協(xié)議:
 
ISO14443A/B、ISO15693、 ISO18092 和 ISO21481 等。
ISO14443A 卡:Mifare 系列、 Ultralight 系列、 Plus 系列、 CPU 卡系列等。
ISO14443B 卡:身份證、 SR176、 SRI512 等。
ISO15693:NXP 的 ICODE 系列、 TI 的 Tag_it HF-I、 ST LRI 等。
ISO18092:包括讀卡模式、卡模式、點對點通信模式。
ISO21481:在 ISO18092 基礎上兼容 ISO15693 協(xié)議。
LPCD 功能:芯片低功耗檢測卡片功能。沒有卡片靠近時,芯片處于低功耗狀態(tài), 僅需 10uA 電流,就能完成卡片偵測, 當卡片靠近時,芯片偵測到卡片,喚醒單片機讀卡。
金融認證:PBOC2.0/3.0 標準、 EMV 標準
 
電路架構:
 
NFC 芯片外部電路通常由以下幾個部分組成:供電電路、通信接口電路、天線電路、振蕩電路;
供電電路:主要包括模擬電源 AVDD、數(shù)字電源 DVDD、發(fā)射器電源 TVDD、引腳電源 PVDD、測試引腳電源 PVDD2;
a. 如果需要提高發(fā)射功率可提高 TVDD 的電壓,例如 5V 供電的 TVDD 形成的發(fā)射功率會比 3V 的要強;
b. 芯片的供電電流通常在幾十到幾百 mA,主要的能量消耗在發(fā)射器的電路上。例如 FM175xx 的天線發(fā)射電流在 100mA,RC663 則可以達 250mA,因此選擇供電芯片、電感器件時,需要注意留足余量;
c. 讀卡芯片天線 13.56MHz 的正弦波信號會干擾電源,為減少傳導干擾,可以在電源端加π型濾波器,但為減少電路設計冗余度,一般情況下不添加。 
 
通信接口:
 
通常都支持 SPI/I2C/UART,一般通過外部引腳配置選擇,為方便升級,可做兼容設計;
 
天線設計:
 
天線電路主要由 4 部分組成:EMC 濾波、匹配電路、天線、接收電路。以 FM17550 為例,如下: 
 
射頻識別技術是什么? RFID無線射頻識別技術基本介紹
 
濾波電路:
 
由 L1、C1 組成的低通濾波器用于濾除 13.56MHz 的衍生諧波,該濾波器截止頻率應設計在 14MHz 以上。L1 電感不可靠近擺放,以免互相干擾(互感效應)。濾波電路元件匹配公式:f=1/(2π√LC) 
 
匹配電路:
 
用于調節(jié)發(fā)射負載和諧振頻率。射頻電路功率受芯片內阻和外阻抗影響,當芯片內阻和外阻抗一致時,發(fā)射功率效率最高。C2 是負載電容,天線感量越大,C2 取值越小。C3 是諧振電容,取值和天線電感量直接相關,使得諧振頻率在 13.56MHz。 
 
接收電路:
 
C4 濾除直流信號,R2 和 R3 組成分壓電路,使得 RX 接收端正弦波信號幅度在 1.5-3V 之間。 
 
天線:
 
由 R1 電阻(通常是 1ohm 或 0ohm)和印制 PCB 組成。
天線越大,讀卡距離越遠,當天線面積達到 5cm x 5cm 以后,再增大天線,讀卡距離沒有明顯提升。
天線線寬建議選擇 0.5mm - 1mm。天線大于 5cm x 5cm 不能多于 3 圈,小于 3cm x 3cm 不能小于 4 圈
為減小 EMC 輻射干擾,需要將 PCB 走線轉角處畫成圓弧。
天線區(qū)域內和天線邊緣禁止將信號、電源、地線畫成圈或者半圓,天線圈內不可有大面積金屬物體、金屬鍍膜,避免引起磁場渦流效應造成能力嚴重損耗。
天線 PCB 繞線方式是相對的,不是同向。
天線電路設計元件的精度應控制在 2%以內,否則容易導致天線諧振頻點偏差,導致讀卡性能嚴重下降,產品一致性難以保證
天線大小和讀卡距離關系
 
射頻識別技術是什么? RFID無線射頻識別技術基本介紹
 
 
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