物聯(lián)網時代 RFID大熱應用激增

　　在今天早上你到達辦公室的那一刻為止，你可能在沒有意識到的情況下已經使用了4次射頻標簽(RFID)，分別是：在你插入車鑰匙、關閉發(fā)動機防盜鎖止系統(tǒng)電路之時;在你開車經過無人收費站自動付費之時;在你使用手機支付早上的熱牛奶咖啡之時;在你利用身份證件登記進入辦公室之時。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答器可以追溯到20世紀70年代初，當時就像今天大多數各式各樣的RFID應用情景一樣。正是有了今天半導體技術的可喜進步，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會，通過提供非常細致的數據以及使支付和記錄保留等服務實現(xiàn)自動化，可以提高產能并改善用戶體驗。RFID被廣泛用于各種應用，如牲畜身份識別、零售庫存管理、病歷管理、電子不停車收費、電子護照，以及更近一些的手機，它們將是特定RFID技術的重要推手。

　　RFID標簽(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公司就預測，2021年無源RFID標簽數量將從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，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頻段及應用

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

　　耦合技術

　　電磁耦合在決定無源標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答器(標簽)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)建一個強大磁場，范圍距天線最多約一個波長。這個磁場的強度足以喚醒標簽，并給它提供將身份數據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制用來寫標簽(圖1)。

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

　　UHF RFID系統(tǒng)工作在距天線約兩個波長到無限遠的“遠場”，可以實現(xiàn)比LF和HF系統(tǒng)更大的讀取范圍。標簽天線利用一種被稱為后向散射耦合的技術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載，并反射回包含身份信息的改變信號。

　　在實際應用中，標簽是為特定應用設計的，在頻率、內存容量、支持的標準和天線設計方面都有變化。德州儀器(TI)公司的Tag-it HF-I Plus應答器在微小的矩形外形中提供了2kb的內存，適合用于產品鑒定、資產管理和供應鏈管理。它是一種工作在13.56MHz頻率的HF標簽。

　　在內存規(guī)模的另一端，恩智浦(NXP)公司的HITag μ應答器集成了128kb的內存。這是一種LF標簽，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。

　　設計目標

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

　　機械設計應該堅固耐用，并提供防破壞保護功能。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人員。