物聯(lián)網(wǎng)時代 RFID大熱應(yīng)用激增

　　在今天早上你到達(dá)辦公室的那一刻為止，你可能在沒有意識到的情況下已經(jīng)使用了4次射頻標(biāo)簽(RFID)，分別是：在你插入車鑰匙、關(guān)閉發(fā)動機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)電路之時;在你開車經(jīng)過無人收費站自動付費之時;在你使用手機(jī)支付早上的熱牛奶咖啡之時;在你利用身份證件登記進(jìn)入辦公室之時。RFID也許還沒有廣泛普及，但正在逐漸取得成功。

　　第一批由射頻輸入供電的無源應(yīng)答器可以追溯到20世紀(jì)70年代初，當(dāng)時就像今天大多數(shù)各式各樣的RFID應(yīng)用情景一樣。正是有了今天半導(dǎo)體技術(shù)的可喜進(jìn)步，才使得RFID真正開始騰飛。

　　在商業(yè)市場中，RFID提供了史無前例的機(jī)會，通過提供非常細(xì)致的數(shù)據(jù)以及使支付和記錄保留等服務(wù)實現(xiàn)自動化，可以提高產(chǎn)能并改善用戶體驗。RFID被廣泛用于各種應(yīng)用，如牲畜身份識別、零售庫存管理、病歷管理、電子不停車收費、電子護(hù)照，以及更近一些的手機(jī)，它們將是特定RFID技術(shù)的重要推手。

　　RFID標(biāo)簽(RFID的身份部分)的市場正在快速增長，并有望得到加速發(fā)展。例如IDTechEx公司就預(yù)測，2021年無源RFID標(biāo)簽數(shù)量將從2011年的不到30億個增長到約2500億個。

　　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(dǎo)地位(見表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(yīng)用

　　大多數(shù)RFID系統(tǒng)設(shè)計工作主要集中在讀取器系統(tǒng)。半導(dǎo)體公司設(shè)計和制造的應(yīng)答器(標(biāo)簽)的應(yīng)用和特性將主要決定讀取器的設(shè)計。一般來說，有兩種類型的標(biāo)簽可以用來與讀取器通信：含嵌入式電池的有源標(biāo)簽，和無電池的無源標(biāo)簽。無源標(biāo)簽更加常見，本文將只討論無源標(biāo)簽。

　　耦合技術(shù)

　　電磁耦合在決定無源標(biāo)簽的讀取范圍方面發(fā)揮著重要的作用。LF和HF RFID系統(tǒng)使用電感耦合。能量通過共享磁場從讀取器線圈傳送到應(yīng)答器(標(biāo)簽)線圈。

　　LF和HF系統(tǒng)中的讀取器天線會在一個被稱為近場的電磁區(qū)域中創(chuàng)建一個強(qiáng)大磁場，范圍距天線最多約一個波長。這個磁場的強(qiáng)度足以喚醒標(biāo)簽，并給它提供將身份數(shù)據(jù)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(jī)制用來寫標(biāo)簽(圖1)。

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

　　UHF RFID系統(tǒng)工作在距天線約兩個波長到無限遠(yuǎn)的“遠(yuǎn)場”，可以實現(xiàn)比LF和HF系統(tǒng)更大的讀取范圍。標(biāo)簽天線利用一種被稱為后向散射耦合的技術(shù)接收讀取器天線的電磁能量，RFID芯片再使用這個能量改變天線上的負(fù)載，并反射回包含身份信息的改變信號。

　　在實際應(yīng)用中，標(biāo)簽是為特定應(yīng)用設(shè)計的，在頻率、內(nèi)存容量、支持的標(biāo)準(zhǔn)和天線設(shè)計方面都有變化。德州儀器(TI)公司的Tag-it HF-I Plus應(yīng)答器在微小的矩形外形中提供了2kb的內(nèi)存，適合用于產(chǎn)品鑒定、資產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理。它是一種工作在13.56MHz頻率的HF標(biāo)簽。

　　在內(nèi)存規(guī)模的另一端，恩智浦(NXP)公司的HITag μ應(yīng)答器集成了128kb的內(nèi)存。這是一種LF標(biāo)簽，適合用于牲畜識別、洗衣自動化以及啤酒桶和煤氣罐的物流運輸。

　　設(shè)計目標(biāo)

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

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