For de nye til passiv RFID opstår et almindeligt spørgsmål: da RFID-tags mangler batterier, hvad driver så egentlig chippen? Svaret er ikke, at mærket genererer sin egen elektricitet; snarere høster den begrænset RF-energi fra det elektromagnetiske felt, der udsendes af RFID-læseren, og konverterer den til en jævnspænding, der kan bruges af chippen. Denne proces er kendt som RF Energy Harvesting-eller den trådløse tilegnelse af strøm fra tagget.
Baseret på Xminnovs omfattende erfaring inden for RFID-tag-antennedesign, chippakning og applikationstest, afhænger faktorer som læseområde, materialekompatibilitet, chipfølsomhed og antennestørrelse i sidste ende på et grundlæggende spørgsmål: om tagget kan opnå tilstrækkelig og stabil energi på dets faktiske driftssted.
Derfor kræver forståelse af RFID-tags-krafthøstning, at man ser ud over det simple faktum, at "passive tags ikke behøver batterier." Det, der virkelig bestemmer systemets ydeevne, er hele energikæden-, der spænder fra læserens sendeeffekt til tag-antennen, impedanstilpasning, ensretning og strømstyring, hele vejen til chipstart og backscatter-kommunikation.
Hvad er RFID Tag Power Harvesting?
RFID-tag-strømhøstning refererer til den proces, hvorved en RFID-tag anvender RF (Radio Frequency) elektromagnetisk energi genereret af en læser til at levere driftsstrøm til dets interne elektroniske kredsløb. Tag for eksempel almindelige passive UHF RFID-tags; de mangler typisk et konventionelt batteri. Når en læser udsender et RF-signal ud i rummet via sin antenne, fanger tag-antennen en del af denne energi. Antennen konverterer de elektromagnetiske bølger til RF elektriske signaler; disse passerer derefter gennem et RF-interface og ensretterkredsløb og konverterer det højfrekvente AC-signal til en jævnspænding. Når chippens opstartsbetingelser er opfyldt, begynder taggens interne digitale logik, hukommelse og andre funktionelle moduler at fungere.
Samtidig genererer tagget ikke aktivt en ny trådløs operatør til kommunikation, som en Wi-Fi-enhed ville. For passive UHF-tags, der er kompatible med EPC Gen2/ISO 18000-63, opnås datatransmission primært gennem "backscatter"-modifikation af impedansen ved antenneterminalen for at skabe varierende reflektionstilstande, som læseren kan registrere. GS1 EPC Gen2-specifikationen anvender eksplicit backscatter-modulation som kommunikationsmekanismen mellem taggen og interrogatoren. Fra et ingeniørmæssigt perspektiv udfører et passivt RFID-tag effektivt to sekventielle handlinger:
For det første høster den energi fra læserens RF-felt; derefter bruger den denne energi til at drive chippens operationer og lette tilbagespredningskommunikation.
Dette forklarer, hvorfor "læserækkevidden" af et RFID-tag ikke blot kan sidestilles med antennestørrelsen-en større antenne garanterer ikke automatisk en længere rækkevidde. Tagget skal først opnå tilstrækkelig RF-indgangseffekt til at bringe chippen til en driftstilstand og efterfølgende sikre, at det tilbagespredte signal kan detekteres pålideligt af læseren.
Hvordan virker enRFID tagkonvertere RF-energi til elektrisk strøm?
Med hensyn til kredsløbsarkitektur kan en typisk passiv RFID-tag forenkles som følger:RFID-antenne → Impedanstilpasning → Ensretter → DC Power Management → RFID IC.
Tag-antennen er ansvarlig for at fange den elektromagnetiske energi, der genereres af læseren. For UHF RFID er antennen typisk en ledende struktur (trykt eller ætset) designet til et specifikt frekvensbånd, hvorimod HF/NFC-tags ofte anvender spoleantenner til at høste energi via nærfeltsmagnetisk kobling.
RF-signalet, der opfanges af antennen, kan ikke bruges direkte til at drive den digitale chip. Inde i RFID IC'en skal RF-indgangen gennemgå ensretning og strømstyring for at blive konverteret til en relativt stabil jævnspænding. Forskning i RF-strømforsyning viser, at typiske arkitekturer bruger en antenne, en resonansstruktur og et ensretterkredsløb til at omdanne elektromagnetisk energi til jævnstrøm.
I UHF RFID-systemer er denne proces i høj grad afhængig af opretningsmulighederne på chippens front-. Forsknings- og ingeniørmodeller beskriver typisk konverteringen af modtaget RF-effekt til jævnstrøm via en ensretter for at aktivere tag-IC.
Der er en ofte overset detalje her: tagget "fanger" ikke hele den RF-effekt, der udsendes af læseren.
Den effekt, der rent faktisk når tagget, er allerede påvirket af faktorer såsom udbredelsesafstand, antenneretning, læserens udgangseffekt, polarisering, omgivende objekter og miljørefleksioner. Når energien når tagget, er den yderligere begrænset af antenneeffektivitet, impedanstilpasning og chippens inputkarakteristika. I sidste ende kommer kun en brøkdel af den samlede energikæde faktisk ind i chippen og omdannes effektivt til jævnstrøm.
Derfor er RFID-tag-strømhøstning i det væsentlige en energiomdannelsesudfordring karakteriseret ved lave strømniveauer og store energitab.
UHF og HF/NFC anvender forskellige metoder til energihøst
Selvom både UHF RFID og HF/NFC RFID kan fungere passivt, er der betydelige forskelle i deres energikoblingsmekanismer.
UHF RFID er primært afhængig af-fjernfelts elektromagnetisk bølgeudbredelse. Læseren udstråler RF-energi ud i rummet; tag-antennen fanger en del af denne energi og ensretter den via chippens front-kredsløb. Denne metode er velegnet- til applikationer, der kræver længere læseintervaller, såsom lager, logistik, detailhandel og asset management.
HF RFID og NFC opererer hovedsageligt omkring 13,56 MHz. Tags bruger typisk spoleantenner til at høste energi gennem nær-magnetisk kobling. Koblingsstyrken mellem tag-spolen og læserantennen påvirker i høj grad taggens driftsområde og stabilitet.
I nogle HF/NFC-systemer danner tag-antennen et resonansnetværk med en kondensator, hvilket muliggør mere effektiv energikobling ved målfrekvensen. Forskning i RFID-strømforsyningskredsløb anvender på samme måde en struktur, hvor en induktor og en resonanskondensator høster energi fra det elektromagnetiske felt, som derefter omdannes til jævnstrøm via et ensretterkredsløb.
Derfor, selvom det ikke er helt forkert at opsummere "passiv RFID-energihøst" blot som "mærket modtager radiobølger og genererer elektricitet", er det for forsimplet til tekniske designformål. UHF fjern-mark-høstning og HF/NFC-nære-kobling involverer distinkte designlogikker vedrørende antennekonfiguration, koblingsafstand, impedanstilpasning og applikationsmiljøer.
Fra en RFID-producents perspektiv, hvordan evalueres et tags energihøstevne?
Hos Xminnov prioriterer vi, når vi udfører RFID-tag-projekter, et tags omfattende ydeevne i virkelige-miljøer frem for isolerede læse-målinger, der tages i et laboratorium.
Først skal målfrekvensbåndet og protokollen identificeres-såsom EPC Gen2/ISO 18000-63 for UHF RFID eller de relevante ISO-standarder for HF/NFC. Dernæst vælges en passende antennestruktur baseret på chippens inputkarakteristika.
Efterfølgende trin involverer test af tags impedanstilpasning, resonansfrekvens, ydeevne på forskellige materialer og aktiveringsadfærd inden for et faktisk RF-felt. For UHF-tags er det også nødvendigt holistisk at evaluere tag-følsomhed, backscatter-ydeevne og læserens følsomhed. Hvis tags i sidste ende er beregnet til brug på metaludstyr, autodele, væskeemballage eller i trange rum, prioriterer vi generelt faktisk materialetest frem for udelukkende at stole på fri{2}}pladstestresultater.
Dette skyldes, at der kan være en væsentlig forskel mellem "aflæseområdet i fri luft" målt i laboratoriet og det "effektive aflæsningsområde", efter at mærket er monteret på produktet.
