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射頻識別 (RFID) 已經(jīng)存在了 50 多年，在過(guò)去的十年中，它終于便宜到可以大規模生產(chǎn)并放置在日常物品中。這為想要了解射頻和天線(xiàn)設計的電子設計人員提供了一些新機會(huì )。雖然 RFID 實(shí)現了與****上的條碼或磁條相同的功能，但它有一些獨特的用例，值得學(xué)習和設計。在此博客中，我們將介紹 RFID 的工作原理以及如何創(chuàng )建自己的 RFID 標簽天線(xiàn)電路。
RFID 的工作原理RFID 系統由三部分組成：掃描天線(xiàn)、包含產(chǎn)品所有信息的 RFID 標簽，以及解碼和解釋標簽上數據的閱讀器。這三個(gè)部分適合一個(gè)過(guò)程，其中：
數據首先以只讀或讀寫(xiě)格式存儲在 RFID 標簽中。標簽要么是電池供電的，要么是被動(dòng)的。
當標簽進(jìn)入掃描天線(xiàn)的范圍內時(shí)，電磁 (EM) 能量會(huì )觸發(fā)標簽開(kāi)始以無(wú)線(xiàn)電波的形式發(fā)送數據。
這些無(wú)線(xiàn)電波被天線(xiàn)接收并發(fā)送到閱讀器，閱讀器將這些無(wú)線(xiàn)電波解碼為數字信息。
標簽與閱讀器通信以共享數據。（圖片來(lái)源）
RFID標簽分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種類(lèi)型之一：
標簽通常包含天線(xiàn)和微芯片。（圖片來(lái)源）
有源 RFID 標簽有源 RFID 標簽使用內部電池電源為其電路供電并發(fā)送無(wú)線(xiàn)電信號。由于它們的電池電量，有源標簽可以在 805 到 950 MHz 的更高頻率上進(jìn)行廣播。這使它們可以從最遠 100 英尺的地方進(jìn)行掃描。
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
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無(wú)源 RFID 標簽沒(méi)有電池電源，依靠天線(xiàn)的電磁耦合供電。這使它們的閱讀距離更短，最多可達 20 英尺。但是，由于它們的電路中的組件較少，因此它們的生產(chǎn)和一次性使用也更便宜。這是您可以在消費級產(chǎn)品中找到的那種標簽。
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
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所有 RFID 標簽都按其世代和類(lèi)別分類(lèi)。當前的 Gen-2 RFID標簽于 2004 年 12 月采用，與 Gen-1 相比具有多項優(yōu)勢，包括：
與所有 RFID 系統的互操作性，第一個(gè)全球標準
比 Gen-1 更快的讀取速度
先進(jìn)的防沖突協(xié)議提供精確的性能
提高安全性和隱私性
多個(gè)閱讀器的物理部署更容易
RFID 標簽類(lèi)別范圍從 0 類(lèi)到 5 類(lèi)，并定義了可用的功能。課程詳情包括：
班級 | 功能性 |
0級 | UHFI 只讀、預編程無(wú)源標簽 |
1級 | 超高頻或高頻，一次寫(xiě)入，多次讀?。╓ORM） |
2 級 | 可隨時(shí)寫(xiě)入的被動(dòng)讀寫(xiě)標簽 |
3 級 | 帶有用于記錄溫度、壓力和運動(dòng)的傳感器的無(wú)源或有源讀寫(xiě)標簽。 |
第 4 類(lèi) | 帶有集成****的有源讀寫(xiě)標簽，可以與其他標簽和閱讀器進(jìn)行通信。 |
5級 | 可以為其他標簽供電并與閱讀器以外的外部設備通信的有源讀寫(xiě)標簽。 |
RFID 無(wú)線(xiàn)技術(shù)為物流、庫存控制和零售行業(yè)帶來(lái)了巨大的好處，但這并不意味著(zhù)它是一項完美的技術(shù)。然而，與條形碼和其他手動(dòng)掃描系統相比，RFID 具有一些明顯的優(yōu)勢，包括：
同時(shí)掃描多個(gè)項目。與一次只能處理一件物品的光學(xué)掃描儀相比，RFID 系統可以一次掃描所有傳入的物品。
降低成本。制造有源和無(wú)源 RFID 標簽的成本已大幅下降，這使得它們可用于一次性消費產(chǎn)品。
讀寫(xiě)能力。條碼只能寫(xiě)入一次數據，但 RFID 標簽可以根據 2 類(lèi)及以上標簽的需要進(jìn)行多次更新。
沒(méi)有視線(xiàn)問(wèn)題。與光學(xué)掃描儀不同，掃描物品時(shí)沒(méi)有視線(xiàn)要求。這使得 RFID 成為高效工業(yè)環(huán)境的理想選擇。
RFID 的缺點(diǎn)分為兩類(lèi)，與 RFID 實(shí)施和安全/隱私使用相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。
RFID可以被打亂。在電磁頻譜上使用正確頻率的人可能會(huì )干擾 RFID 系統。您還可以連續讀取電池供電的 RFID 標簽，直到其斷電。
讀卡器碰撞問(wèn)題。需要仔細設置系統以避免多個(gè)信號重疊的任何沖突問(wèn)題。這已通過(guò) Gen-2 改進(jìn)的防沖突協(xié)議得到改進(jìn)。
可以遠距離閱讀。大多數 RFID 系統設計為在小距離內工作。但是，使用高增益天線(xiàn)，您可以在無(wú)人知曉的情況下從 100 多英尺外讀取標簽。
未經(jīng)許可即可閱讀。當我們開(kāi)始將 RFID 嵌入到服裝和消費品等日常用品中時(shí)，我們也受到商店掃描我們攜帶的每件物品以防盜竊的擺布。這是隱私問(wèn)題，還是只是便利的成本？
由于其較低的制造成本，RFID 的用途正在遍及各種行業(yè)和環(huán)境。我們今天看到的一些最常見(jiàn)的應用包括：
零售和庫存控制RFID 標簽貼在零售店的服裝和其他消費品上。這使員工無(wú)需處理條形碼即可掃描物品并跟蹤庫存水平。
像沃爾瑪這樣的零售巨頭正在將 RFID 整合到他們的零售供應鏈中。（圖片來(lái)源）
地鐵通****和收費站。RFID 標簽通常被添加到收費站和地鐵通行證。這允許通勤者刷卡并自動(dòng)扣除車(chē)費。
許多收費站現在都在實(shí)施 RFID 技術(shù)。（圖片來(lái)源）
防盜像定制吉他這樣的高價(jià)奢侈品現在都嵌入了 RFID 標簽。然后與當地執法部門(mén)、經(jīng)銷(xiāo)商和維修店共享此庫存，以幫助防止盜竊。
這把 Gibson 吉他的桁架桿下方的小點(diǎn)是一個(gè) RFID 芯片。（圖片來(lái)源）
這些只是 RFID 眾多用途中的一小部分。未來(lái)，這項技術(shù)將被證明是亞馬遜 Go等概念零售購物體驗的主要顛覆者。RFID 的其他一些用例包括：
人和動(dòng)物追蹤
NFC非接觸式支付
旅行證件
醫療數據管理
跟蹤集裝箱和鐵路車(chē)輛
在設計 RFID 系統時(shí)，工程師通常會(huì )將現有的標簽微芯片（如STMicroelectronics ST25）與定制天線(xiàn)結合使用。在本節中，我們將介紹一些有關(guān)如何處理此天線(xiàn)設計過(guò)程的實(shí)用技巧，以及應用說(shuō)明中的更多詳細信息。
了解您的申請頻率在設計定制天線(xiàn)之前，您需要了解應用的頻率。幾乎所有的 RFID 系統都在兩個(gè)較低頻段運行，即 13.56 MHz 或 125 KHz，這兩種頻段幾乎都適用于每個(gè)國家。在 13.56 MHz 頻段內，您的應用可分為：
遠程（LR）。這些產(chǎn)品的調諧頻率在 13.6 MHz 和 13.7 MHz 之間。
標準短程（SR）。這些產(chǎn)品的調諧頻率在 13.6 MHz 和 13.9 MHz 之間。
用作交通****的 SR 產(chǎn)品在 14.5 MHz 和 15 MHz 之間轉換。
要確定應用的頻率，您還需要考慮設備的材料和環(huán)境。例如，使用粘合劑將紙質(zhì)標簽粘合在一起的 RFID 標簽會(huì )將天線(xiàn)頻率降低約 300 KHz。這種降低使得有必要將天線(xiàn)調諧到 13.9 MHz，而不是指定的 13.6 MHz。
參考等效電路模型許多天線(xiàn)設計應用筆記將包含一個(gè)等效電路模型，您可以在自己設計時(shí)遵循該模型。下面的示意圖顯示了芯片和天線(xiàn)如何在典型電路中組合在一起：
（圖片來(lái)源）
芯片
芯片電路以R芯片為參考，表示與電容C tun并聯(lián)的電流消耗
C tun定義了芯片的內部調諧電容和內部寄生參數。
天線(xiàn)
螞蟻。_ 確定雜散電容
螞蟻。_ 確定電阻損失
螞蟻。_ 確定自感
在 13.56 MHz 時(shí)，您的天線(xiàn)設計將是圓形、螺旋形或方形。您使用什么形狀將取決于您的設計要求。以下是可用于快速確定特定天線(xiàn)類(lèi)型的電感的三個(gè)公式：
圓形天線(xiàn)電感r 是以毫米為單位的平均線(xiàn)圈半徑R 0是以毫米為單位的導線(xiàn)直徑N是匝數0 = 4π x 10 -7 H/mL 以亨利為單位螺旋天線(xiàn)電感
d 是以毫米為單位的平均線(xiàn)圈直徑c 是繞組的厚度，以微米為單位N是匝數0 = 4π x 10 -7 H/mL 以亨利為單位方形天線(xiàn)電感
d 是平均線(xiàn)圈直徑
d = (d out + d in ) / 2 以毫米為單位，其中 d out = 外徑，d in = 內徑
p = (d out – d in ) / (d out + d in ) 以毫米為單位
K1 和 K2 取決于您的天線(xiàn)布局，值請參見(jiàn)下表
布局 | K1 | K2 |
正方形 | 2.34 | 2.75 |
六角形 | 2.33 | 3.82 |
八角形 | 2.25 | 3.55 |
我們上面介紹的細節只是設計定制 RFID 標簽天線(xiàn)的表面。請務(wù)必閱讀 STMicroelectronics 的完整應用說(shuō)明，了解如何為 ST25 RFID 標簽設計 13.56 MHz 天線(xiàn)。
無(wú)線(xiàn)魔法RFID 利用無(wú)線(xiàn)電波來(lái)讀取和捕獲存儲在標簽上的信息，這些標簽可以附加到各種物體上。從高價(jià)吉他到寵物和集裝箱，RFID 的用途幾乎是無(wú)限的。這項技術(shù)有望在未來(lái)替代標準條碼和磁條，但未來(lái)會(huì )是什么樣子？
