RFID電感耦合系統(tǒng)

發(fā)布日期：2020-06-22 19:15:12 作者：Ling 點(diǎn)擊：22774

RFID 電感耦合系統(tǒng)電感耦合方式對(duì)應(yīng)于ISO/IEC 14443協(xié)議。電感耦合RFID電子標(biāo)簽包含一個(gè)電子數(shù)據(jù)載體，而它通常由單個(gè)微芯片及用做無(wú)線(xiàn)的大面積的線(xiàn)圈組成。電感耦合方式的電子標(biāo)簽幾乎都是無(wú)源工作的，在標(biāo)簽中的微芯片工作所需的全部能量由讀寫(xiě)器發(fā)送的感應(yīng)電磁能提供。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由讀寫(xiě)器的天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生，并穿越線(xiàn)圈橫截面和線(xiàn)圈的周?chē)臻g，以使附近的電子標(biāo)簽產(chǎn)生電磁感應(yīng)。因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)使用的頻率范圍（f<135kHz時(shí)，（>2222m；f=13.56MHz時(shí)，（=22.1m）內(nèi)的波長(zhǎng)比讀寫(xiě)器天線(xiàn)和電子標(biāo)簽天線(xiàn)之間的距離大好多倍（采用電感耦合工作方式的RFID系統(tǒng)的讀寫(xiě)器天線(xiàn)和電子標(biāo)簽天線(xiàn)之間的距離不超過(guò)10cm），所以可以把電子標(biāo)簽到天線(xiàn)間的電磁場(chǎng)當(dāng)成簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)來(lái)考慮。
1.能量供應(yīng)
發(fā)射磁場(chǎng)的一小部分磁力線(xiàn)穿過(guò)距離讀寫(xiě)器天線(xiàn)線(xiàn)圈一定距離的電子標(biāo)簽天線(xiàn)線(xiàn)圈。通過(guò)感應(yīng)，在電子標(biāo)簽的天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)電容，將其整流后作為微芯片的工作電源。將一個(gè)電容器Cr與讀寫(xiě)器并聯(lián)，其中電容器與天線(xiàn)線(xiàn)圈的電感一起形成諧振頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射頻率相符的并聯(lián)振蕩回路，該回路的諧振使得讀寫(xiě)器的天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生較大的電流，這種方法也用于產(chǎn)生供遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽工作所需要的能量。
電子標(biāo)簽的天線(xiàn)線(xiàn)圈和電容器C1構(gòu)成振蕩回路，調(diào)諧到讀寫(xiě)器的發(fā)射頻率。通過(guò)該回路的諧振，電子標(biāo)簽線(xiàn)圈上的電壓U達(dá)到最大值。這兩個(gè)線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)也可以解釋為變壓器（變壓器的耦合），變壓器的兩個(gè)線(xiàn)圈之間只存在很弱的耦合。讀寫(xiě)器的天線(xiàn)線(xiàn)圈與電子標(biāo)簽之間的功率傳輸與工作頻率?、電子標(biāo)簽線(xiàn)圈的匝數(shù)n、被電子標(biāo)簽線(xiàn)圈包圍的面積A、兩線(xiàn)圈的相對(duì)角度及它們之間的距離是呈比例的。隨著頻率的增加，所需的電子標(biāo)簽線(xiàn)圈的電感表現(xiàn)為線(xiàn)圈匝數(shù)n的減少（135kHz：100～1000匝；13.56MHz：3～10匝）。因?yàn)殡娮訕?biāo)簽中的感應(yīng)電壓是與頻率呈比例的，所以在較高頻率的情況下，線(xiàn)圈匝數(shù)較少對(duì)功率傳輸效率幾乎沒(méi)有什么影響。
因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)的效率不高，所以它只適用于低電流電路。只有功耗極低的只讀電子標(biāo)簽（小于135kHz）可用于1m以上的距離。具有寫(xiě)入功能和復(fù)雜安全算法的電子標(biāo)簽的功率消耗較大，因而其作用距離一般為15cm。2.數(shù)據(jù)傳輸
電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制時(shí)，其電感耦合是一種變壓器耦合，即作為初級(jí)線(xiàn)圈的讀寫(xiě)器和作為次級(jí)線(xiàn)圈的電子標(biāo)簽之間的耦合。只要線(xiàn)圈之間的距離不超過(guò)0.16（，并且電子標(biāo)簽處于發(fā)送天線(xiàn)的近場(chǎng)范圍內(nèi)，則變壓器耦合就有效。
如果把諧振的電子標(biāo)簽放入閱讀天線(xiàn)的交變磁場(chǎng)，那么電子標(biāo)簽就可以從磁場(chǎng)獲得能量。從供應(yīng)讀寫(xiě)器天線(xiàn)的電流在讀寫(xiě)器內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降可以測(cè)得此附加功耗。電子標(biāo)簽天線(xiàn)上負(fù)載電阻的接通和斷開(kāi)促使讀寫(xiě)器天線(xiàn)上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了用電子標(biāo)簽對(duì)天線(xiàn)電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。而通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開(kāi)，這些數(shù)據(jù)就可以從標(biāo)簽傳輸?shù)阶x寫(xiě)器了。同時(shí)，為了在讀寫(xiě)器中回收數(shù)據(jù)，需要對(duì)在讀寫(xiě)器天線(xiàn)上測(cè)得的電壓進(jìn)行整流，即對(duì)經(jīng)過(guò)振幅調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。另外，由于讀寫(xiě)器天線(xiàn)和電子標(biāo)簽天線(xiàn)之間的耦合很弱，所以讀寫(xiě)器天線(xiàn)上表示有用信號(hào)的電壓波動(dòng)比讀寫(xiě)器的輸出電壓小。在實(shí)踐中，對(duì)于13.56kHz的系統(tǒng)，天線(xiàn)電壓（諧振電壓）只能得到大約10mV的有用信號(hào)。因?yàn)闄z測(cè)這些小電壓變化很不方便，所以可以采用天線(xiàn)電壓振幅調(diào)制所產(chǎn)生的調(diào)制波。如果電子標(biāo)簽的附加負(fù)載電阻以很高的時(shí)鐘頻率fH接通或斷開(kāi)，那么，在讀寫(xiě)器中，把發(fā)送頻率區(qū)分開(kāi)并產(chǎn)生兩條譜線(xiàn)，此時(shí)該信號(hào)就容易檢測(cè)了，這種調(diào)制方式也稱(chēng)為副載波調(diào)制。而數(shù)據(jù)傳輸是在數(shù)據(jù)流中通過(guò)幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）或相移鍵控（PSK）調(diào)制來(lái)完成的。