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射頻識(shí)別技術(shù)是什么? RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)基本介紹

發(fā)布時(shí)間:2021-06-01 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID),是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種,通過無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫,從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的,其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。 
 
一、射頻識(shí)別技術(shù)是什么?
 
無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID),是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種,通過無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫,從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的,其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。 
 
無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)通過無(wú)線電波不接觸快速信息交換和存儲(chǔ)技術(shù),通過無(wú)線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù),然后連接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信,從而達(dá)到了識(shí)別的目的,用于數(shù)據(jù)交換,串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識(shí)別系統(tǒng)中,通過電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離,可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng),為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對(duì)應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。
 
二、RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)基本介紹
 
無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Idenfication,RFID)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達(dá)反射的傳輸特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。
 
RFID系統(tǒng)至少包含電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分。電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體,電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成。依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同,電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽(Active tag)、無(wú)源電子標(biāo)簽(Passive tag)和半無(wú)源電子標(biāo)簽(Semi—passive tag)。有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池,無(wú)源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池,半無(wú)源電子標(biāo)簽(Semi—passive tag)部分依靠電池工作。 
 
電子標(biāo)簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標(biāo)簽、高頻電子標(biāo)簽、超高頻電子標(biāo)簽和微波電子標(biāo)簽。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡標(biāo)簽、線形標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓形標(biāo)簽及特殊用途的異形標(biāo)簽等。 
 
RFID閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮鳌5湫偷拈喿x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(xiàng)專業(yè)度較高的技術(shù),在一些公司,可能還會(huì)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(shè)計(jì)、電路框架,關(guān)于 RFID 天線調(diào)試、低功耗檢卡調(diào)試等。
 
NFC(Near Field Communication)芯片選型: 
 
主要考量點(diǎn):
 
芯片支持的協(xié)議、是否支持低功耗檢卡、是否能過金融認(rèn)證、芯片價(jià)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。
ISO21481:在 ISO18092 基礎(chǔ)上兼容 ISO15693 協(xié)議。
LPCD 功能:芯片低功耗檢測(cè)卡片功能。沒有卡片靠近時(shí),芯片處于低功耗狀態(tài), 僅需 10uA 電流,就能完成卡片偵測(cè), 當(dāng)卡片靠近時(shí),芯片偵測(cè)到卡片,喚醒單片機(jī)讀卡。
金融認(rèn)證:PBOC2.0/3.0 標(biāo)準(zhǔn)、 EMV 標(biāo)準(zhǔn)
 
電路架構(gòu):
 
NFC 芯片外部電路通常由以下幾個(gè)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(cè)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(huì)比 3V 的要強(qiáng);
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(dá) 250mA,因此選擇供電芯片、電感器件時(shí),需要注意留足余量;
c. 讀卡芯片天線 13.56MHz 的正弦波信號(hào)會(huì)干擾電源,為減少傳導(dǎo)干擾,可以在電源端加π型濾波器,但為減少電路設(shè)計(jì)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(jí),可做兼容設(shè)計(jì);
 
天線設(shè)計(jì):
 
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(shí)別技術(shù)是什么? RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)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(yīng)設(shè)計(jì)在 14MHz 以上。L1 電感不可靠近擺放,以免互相干擾(互感效應(yīng))。濾波電路元件匹配公式:f=1/(2π√LC) 
 
匹配電路:
 
用于調(diào)節(jié)發(fā)射負(fù)載和諧振頻率。射頻電路功率受芯片內(nèi)阻和外阻抗影響,當(dāng)芯片內(nèi)阻和外阻抗一致時(shí),發(fā)射功率效率最高。C2 是負(fù)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(guān),使得諧振頻率在 13.56MHz。 
 
接收電路:
 
C4 濾除直流信號(hào),R2 和 R3 組成分壓電路,使得 RX 接收端正弦波信號(hào)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(yuǎn),當(dāng)天線面積達(dá)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(zhuǎn)角處畫成圓弧。
天線區(qū)域內(nèi)和天線邊緣禁止將信號(hào)、電源、地線畫成圈或者半圓,天線圈內(nèi)不可有大面積金屬物體、金屬鍍膜,避免引起磁場(chǎng)渦流效應(yīng)造成能力嚴(yán)重?fù)p耗。
天線 PCB 繞線方式是相對(duì)的,不是同向。
天線電路設(shè)計(jì)元件的精度應(yīng)控制在 2%以內(nèi),否則容易導(dǎo)致天線諧振頻點(diǎn)偏差,導(dǎo)致讀卡性能嚴(yán)重下降,產(chǎn)品一致性難以保證
天線大小和讀卡距離關(guān)系
 
射頻識(shí)別技術(shù)是什么? RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)基本介紹
 
 
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