Per als nous en RFID passiu, sorgeix una pregunta habitual: com que les etiquetes RFID no tenen bateries, què alimenta realment el xip? La resposta no és que l'etiqueta generi la seva pròpia electricitat; més aviat, recull energia de RF limitada del camp electromagnètic emès pel lector RFID i la converteix en una tensió de CC utilitzable pel xip. Aquest procés es coneix com a RF Energy Harvesting-o l'adquisició d'energia sense fil per part de l'etiqueta.
A partir de l'àmplia experiència de Xminnov en el disseny de l'antena de l'etiqueta RFID, l'embalatge de xips i les proves d'aplicacions, factors com ara el rang de lectura, la compatibilitat del material, la sensibilitat del xip i la mida de l'antena depenen en última instància d'un problema fonamental: si l'etiqueta pot obtenir energia suficient i estable a la seva ubicació operativa real.
Per tant, entendre la recollida d'energia de l'etiqueta RFID requereix mirar més enllà del simple fet que "les etiquetes passives no necessiten bateries". El que realment determina el rendiment del sistema és tota la cadena energètica-des de la potència de transmissió del lector fins a l'antena de l'etiqueta, la concordança d'impedància, la rectificació i la gestió de l'energia, fins a l'inici del xip i la comunicació de retrodispersió.
Què és l'etiqueta RFID Power Harvesting?
La recollida d'energia de l'etiqueta RFID es refereix al procés pel qual una etiqueta RFID utilitza l'energia electromagnètica de RF (radiofreqüència) generada per un lector per proporcionar energia operativa als seus circuits electrònics interns. Preneu, per exemple, les etiquetes RFID UHF passives comunes; normalment no tenen una bateria convencional. Quan un lector irradia un senyal de RF a l'espai mitjançant la seva antena, l'antena de l'etiqueta capta una part d'aquesta energia. L'antena converteix les ones electromagnètiques en senyals elèctrics de RF; A continuació, aquests passen a través d'una interfície de RF i un circuit de rectificació, convertint el senyal de CA d'alta-freqüència en una tensió de CC. Un cop es compleixen les condicions d'inici del xip, la lògica digital interna de l'etiqueta, la memòria i altres mòduls funcionals comencen a funcionar.
Al mateix temps, l'etiqueta no genera activament un nou operador sense fil per a la comunicació, com ho faria un dispositiu Wi-. Per a les etiquetes UHF passives compatibles amb EPC Gen2/ISO 18000-63, la transmissió de dades s'aconsegueix principalment mitjançant la "retrodispersió", modificant la impedància al terminal de l'antena per crear diferents estats de reflexió que el lector pugui detectar. L'especificació GS1 EPC Gen2 adopta explícitament la modulació de retrodispersió com a mecanisme de comunicació entre l'etiqueta i l'interrogador. Des d'una perspectiva d'enginyeria, una etiqueta RFID passiva realitza efectivament dues accions seqüencials:
En primer lloc, recull energia del camp de RF del lector; després, utilitza aquesta energia per alimentar les operacions del xip i facilitar la comunicació de retrodispersió.
Això explica per què l'"interval de lectura" d'una etiqueta RFID no es pot equiparar simplement a la mida de l'antena-una antena més gran no garanteix automàticament un abast més llarg. L'etiqueta primer ha d'adquirir una potència d'entrada de RF suficient per portar el xip a un estat operatiu i, posteriorment, assegurar-se que el lector pugui detectar de manera fiable el senyal retrodispersat.
Com fa unEtiqueta RFIDconvertir l'energia de RF en energia elèctrica?
Pel que fa a l'arquitectura del circuit, una etiqueta RFID passiva típica es pot simplificar de la següent manera:Antena RFID → Coincidència d'impedància → Rectificador → Gestió d'alimentació CC → RFID IC.
L'antena de l'etiqueta s'encarrega de captar l'energia electromagnètica generada pel lector. Per a RFID UHF, l'antena sol ser una estructura conductora (impresa o gravada) dissenyada per a una banda de freqüència específica, mentre que les etiquetes HF/NFC sovint utilitzen antenes de bobina per recollir energia mitjançant un acoblament magnètic de camp -proper.
El senyal de RF capturat per l'antena no es pot utilitzar directament per alimentar el xip digital. Dins de l'IC RFID, l'entrada de RF s'ha de rectificar i gestionar l'energia per convertir-se en una tensió de CC relativament estable. La investigació sobre l'alimentació de RF mostra que les arquitectures típiques utilitzen una antena, una estructura ressonant i un circuit rectificador per transformar l'energia electromagnètica en potència de corrent continu.
En els sistemes RFID UHF, aquest procés depèn en gran mesura de les capacitats de rectificació de la part frontal del xip-. Els models d'investigació i enginyeria solen descriure la conversió de la potència de RF rebuda en potència de CC mitjançant un rectificador per activar l'etiqueta IC.
Aquí hi ha un detall que sovint es passa per alt: l'etiqueta no "captura" la totalitat de la potència de RF emesa pel lector.
La potència que arriba realment a l'etiqueta ja està influenciada per factors com ara la distància de propagació, l'orientació de l'antena, la potència de sortida del lector, la polarització, els objectes circumdants i els reflexos ambientals. Una vegada que l'energia arriba a l'etiqueta, es veu encara més limitada per l'eficiència de l'antena, la concordança d'impedància i les característiques d'entrada del xip. En última instància, només una fracció de la cadena energètica total entra realment al xip i es converteix efectivament en potència de corrent continu.
Per tant, la recollida d'energia de l'etiqueta RFID és essencialment un repte de conversió d'energia caracteritzat per nivells de potència baixos i pèrdues d'energia elevades.
UHF i HF/NFC utilitzen diferents mètodes per a la recollida d'energia
Tot i que tant la RFID UHF com la RFID HF/NFC poden funcionar de manera passiva, hi ha diferències significatives en els seus mecanismes d'acoblament d'energia.
La RFID UHF es basa principalment en la propagació d'ones electromagnètiques de camp llunyà-. El lector irradia energia de RF a l'espai; l'antena de l'etiqueta capta una part d'aquesta energia i la rectifica mitjançant el circuit-frontal del xip. Aquest mètode és molt adequat-per a aplicacions que requereixen intervals de lectura més llargs, com ara l'emmagatzematge, la logística, la venda al detall i la gestió d'actius.
HF RFID i NFC operen principalment al voltant de 13,56 MHz. Les etiquetes solen utilitzar antenes de bobina per recollir energia mitjançant un acoblament magnètic de camp proper-. La força d'acoblament entre la bobina de l'etiqueta i l'antena del lector afecta significativament el rang de funcionament i l'estabilitat de l'etiqueta.
En alguns sistemes HF/NFC, l'antena de l'etiqueta forma una xarxa ressonant amb un condensador, que permet un acoblament d'energia més eficient a la freqüència objectiu. La investigació sobre circuits d'alimentació RFID utilitza de manera similar una estructura on un inductor i un condensador ressonant recullen energia del camp electromagnètic, que després es converteix en potència de corrent continu mitjançant un circuit rectificador.
Per tant, si bé resumir la "captació d'energia RFID passiva" simplement com "l'etiqueta rep ones de ràdio i genera electricitat" no és del tot incorrecte, és massa simplista per a finalitats de disseny d'enginyeria. La recol·lecció de camp llunyà-UHF i l'acoblament de camp proper{{2} HF/NFC impliquen diferents lògiques de disseny pel que fa a la configuració de l'antena, la distància d'acoblament, la concordança d'impedància i els entorns d'aplicació.
Des de la perspectiva d'un fabricant de RFID, com s'avalua la capacitat de captació d'energia d'una etiqueta?
A Xminnov, quan executem projectes d'etiquetes RFID, prioritzem el rendiment complet d'una etiqueta en entorns-del món real sobre les mesures aïllades-d'interval de lectura realitzades en un laboratori.
En primer lloc, s'han d'identificar la banda de freqüència objectiu i el protocol{0}}com ara EPC Gen2/ISO 18000-63 per a RFID UHF o els estàndards ISO pertinents per a HF/NFC. A continuació, es selecciona una estructura d'antena adequada en funció de les característiques d'entrada del xip.
Els passos posteriors impliquen provar la concordança d'impedància de l'etiqueta, la freqüència de ressonància, el rendiment en diversos materials i el comportament d'activació dins d'un camp de RF real. Per a les etiquetes UHF, també és necessari avaluar de manera integral la sensibilitat de l'etiqueta, el rendiment de retrodispersió i la sensibilitat del lector. Si, finalment, les etiquetes estan pensades per utilitzar-les en equips metàl·lics, peces d'automòbils, envasos líquids o en espais confinats, generalment prioritzem les proves de materials reals en lloc de basar-nos únicament en els resultats de les proves d'-espai lliure.
Això es deu al fet que pot haver-hi una diferència significativa entre el "interval de lectura a l'aire lliure" mesurat al laboratori i el "interval de lectura efectiu" després de muntar l'etiqueta al producte.
