物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代 RFID大熱應用激增

　　在今天早上你到達辦公室的那一刻為止，你可能在沒(méi)有意識到的情況下已經(jīng)使用了4次射頻標簽(RFID)，分別是：在你插入車(chē)鑰匙、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機防盜鎖止系統電路之時(shí);在你開(kāi)車(chē)經(jīng)過(guò)無(wú)人收費站自動(dòng)付費之時(shí);在你使用手機支付早上的熱牛奶咖啡之時(shí);在你利用身份證件登記進(jìn)入辦公室之時(shí)。RFID也許還沒(méi)有廣泛普及，但正在逐漸取得成功。

　　第一批由射頻輸入供電的無(wú)源應答器可以追溯到20世紀70年代初，當時(shí)就像今天大多數各式各樣的RFID應用情景一樣。正是有了今天半導體技術(shù)的可喜進(jìn)步，才使得RFID真正開(kāi)始騰飛。

　　在商業(yè)市場(chǎng)中，RFID提供了史無(wú)前例的機會(huì )，通過(guò)提供非常細致的數據以及使支付和記錄保留等服務(wù)實(shí)現自動(dòng)化，可以提高產(chǎn)能并改善用戶(hù)體驗。RFID被廣泛用于各種應用，如牲畜身份識別、零售庫存管理、病歷管理、電子不停車(chē)收費、電子護照，以及更近一些的手機，它們將是特定RFID技術(shù)的重要推手。

　　RFID標簽(RFID的身份部分)的市場(chǎng)正在快速增長(cháng)，并有望得到加速發(fā)展。例如IDTechEx公司就預測，2021年無(wú)源RFID標簽數量將從2011年的不到30億個(gè)增長(cháng)到約2500億個(gè)。

　　從工程角度看，RFID不是一種單一技術(shù)，它隨頻率改變而有所變化。其可以采用許多種載波頻率，但其中三種占主導地位(見(jiàn)表1)。低頻(LF)使用 125kHz至135kHz頻段，高頻(HF)工作在13.56MHz。UHF(超高頻)主要在865MHz至955MHz頻段中使用，雖然它也可能包含 2.4GHz頻段。

　　表1：RFID頻段及應用

　　大多數RFID系統設計工作主要集中在讀取器系統。半導體公司設計和制造的應答器(標簽)的應用和特性將主要決定讀取器的設計。一般來(lái)說(shuō)，有兩種類(lèi)型的標簽可以用來(lái)與讀取器通信：含嵌入式電池的有源標簽，和無(wú)電池的無(wú)源標簽。無(wú)源標簽更加常見(jiàn)，本文將只討論無(wú)源標簽。

　　耦合技術(shù)

　　電磁耦合在決定無(wú)源標簽的讀取范圍方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用。LF和HF RFID系統使用電感耦合。能量通過(guò)共享磁場(chǎng)從讀取器線(xiàn)圈傳送到應答器(標簽)線(xiàn)圈。

　　LF和HF系統中的讀取器天線(xiàn)會(huì )在一個(gè)被稱(chēng)為近場(chǎng)的電磁區域中創(chuàng )建一個(gè)強大磁場(chǎng)，范圍距天線(xiàn)最多約一個(gè)波長(cháng)。這個(gè)磁場(chǎng)的強度足以喚醒標簽，并給它提供將身份數據傳送給讀取器所需的電源。電感耦合還可以使用相同的能量傳送機制用來(lái)寫(xiě)標簽(圖1)。

　　圖1：用于LF和HF系統(包括NFC在內)的電感耦合發(fā)生在近場(chǎng)區域內。

　　UHF RFID系統工作在距天線(xiàn)約兩個(gè)波長(cháng)到無(wú)限遠的“遠場(chǎng)”，可以實(shí)現比LF和HF系統更大的讀取范圍。標簽天線(xiàn)利用一種被稱(chēng)為后向散射耦合的技術(shù)接收讀取器天線(xiàn)的電磁能量，RFID芯片再使用這個(gè)能量改變天線(xiàn)上的負載，并反射回包含身份信息的改變信號。

　　在實(shí)際應用中，標簽是為特定應用設計的，在頻率、內存容量、支持的標準和天線(xiàn)設計方面都有變化。德州儀器(TI)公司的Tag-it HF-I Plus應答器在微小的矩形外形中提供了2kb的內存，適合用于產(chǎn)品鑒定、資產(chǎn)管理和供應鏈管理。它是一種工作在13.56MHz頻率的HF標簽。

　　在內存規模的另一端，恩智浦(NXP)公司的HITag μ應答器集成了128kb的內存。這是一種LF標簽，適合用于牲畜識別、洗衣自動(dòng)化以及啤酒桶和煤氣罐的物流運輸。

　　設計目標

　　特定RFID系統讀取器的特性很大程度上取決于具體應用，雖然有一些目標跨越應用界限。就像在大多數工程項目中成本很重要，這通常意味著(zhù)盡量減少材料清單，盡量提高標簽制造商提供的附加價(jià)值，如開(kāi)發(fā)工具、參考設計和軟件。

　　機械設計應該堅固耐用，并提供防破壞保護功能。還要注意系統所在地政府的頻率分配。系統很容易部署和操作也很重要，因為最終用戶(hù)不是技術(shù)人員。