無源RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)與原理
無源RFID標(biāo)簽本身不帶電池,依靠讀卡器發(fā)送的電磁能量工作。由于它結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而獲得廣泛的應(yīng)用。無源RFID標(biāo)簽由RFID IC、諧振電容C和天線L組成,天線與電容組成諧振回路,調(diào)諧在讀卡器的載波頻率,以獲得最佳性能。
RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu) RFID標(biāo)簽天線有兩種天線形式:(1)線繞電感天線;(2)在介質(zhì)基板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線。天線形式由載波頻率、標(biāo)簽封裝形式、性能和組裝成本等因素決定。例如,頻率小于400KHz時需要mH級電感量,這類天線只能用線繞電感制作;頻率在4~30MHz時,僅需幾個礖,幾圈線繞電感就可以,或使用介質(zhì)基板上的刻腐天線。 選擇天線后,下一步就是如何將硅IC貼接在天線上。
IC貼接也有兩種基本方法:(1)使用板上芯片(COB);(2)裸芯片直接貼接在天線上。前者常用于線繞天線;而后者用于刻腐天線。CIB是將諧振電容和RFID IC一起封裝在同一個管殼中,天線則用烙鐵或熔焊工藝連接在COB的2個外接端了上。由于大多數(shù)COB用于ISO卡,一種符合ISO標(biāo)準(zhǔn)厚度(0.76)規(guī)格的卡,因此COB的典型厚度約為0.4mm。兩種常見的COB封裝形式是IST采用的IOA2(MOA2)和美國HEI公司采用的WorldⅡ。 裸芯片直接貼接減少了中間步驟,廣泛地用于低成本和大批量應(yīng)用。
直接貼接也有兩種方法可供選擇,(1)引線焊接;(2)倒裝工藝。采用倒裝工藝時,芯片焊盤上需制作專門的焊球,材料是金的,高度約25祄,然后將焊球倒裝在天線的印制走線上。引線焊接工藝較簡單,裸芯片直接用引線焊接在天線上,焊接區(qū)再用黑色環(huán)氧樹脂密封。對小批量生產(chǎn),這種工藝的成本較低;而對于大批量生產(chǎn),最好采有倒裝工藝。
RFID IC 內(nèi)部備有一個154位存儲器,用以存儲標(biāo)簽數(shù)據(jù)。IC內(nèi)部還有一個通導(dǎo)電阻極低的調(diào)制門控管(CMOS),以一定頻率工作。當(dāng)讀卡器發(fā)射電磁波,使標(biāo)簽天線電感式電壓達(dá)到VPP時,器件工作,以曼徹斯特格式將數(shù)據(jù)發(fā)送回去。數(shù)據(jù)發(fā)送是通過調(diào)諧與去調(diào)諧外部諧振回路來完成的。具體過程如下:當(dāng)數(shù)據(jù)為邏輯高電平時,門控管截止,將調(diào)諧電路調(diào)諧于讀卡器的截波頻率,這就是調(diào)諧狀態(tài),感應(yīng)電壓達(dá)到最大值。如此進(jìn)行,調(diào)諧與去調(diào)諧在標(biāo)簽線圈上產(chǎn)生一個幅度調(diào)制信號,讀卡器檢測電壓波形包絡(luò),就能重構(gòu)來自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信號。 門控管的開關(guān)頻率為70KHz,完成全部154位數(shù)據(jù)約需2.2ms。在發(fā)送完全部數(shù)據(jù)后,器件進(jìn)入100 ms的休眠模式。當(dāng)一個標(biāo)簽進(jìn)入休眠模式時,讀卡器可以去讀取其它標(biāo)簽的數(shù)據(jù),不會產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)沖突。當(dāng)然,這個功能受到下列因素的影響:標(biāo)簽至讀卡器的距離、兩者的方位、標(biāo)簽的移動以及標(biāo)簽的空間分布。 為了達(dá)到設(shè)計(jì)的性能,標(biāo)簽應(yīng)準(zhǔn)確地調(diào)諧在讀卡器的載波頻率。然而使用的元件總會有偏差的,引起讀數(shù)距離的變化。電感的誤差可控制在1~2%以內(nèi),因此讀數(shù)距離主要由電容誤差引起的。外接電容的誤差應(yīng)在5%以內(nèi),Q值大于100。MCRF360R的內(nèi)部電容是用氧化硅制作的,同一硅片上的誤差在5%以內(nèi),而不同批次的誤差在10%左右。
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