无线射频识别(RFID)技术---第4章-RFID电子标签资料.ppt
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1、 willtg.All rights reserved.第第4章章 RFID电子标签电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签是指由电子标签是指由IC芯片芯片和和无线通信天线无线通信天线组成的超微组成的超微型小标签。型小标签。标签中保存有约定格式的电子数据,在实际应用标签中保存有约定格式的电子数据,在实际应用中,无线标签附着在待识别物体表面。中,无线标签附着在待识别物体表面。存储在芯片中的数据,由阅读器以无线电波的形式存储在芯片中的数据,由阅读器以无线电波的形式非接触的读取,并通过阅读器的处理器,进行信息非接触的读取,并通过阅读器的
2、处理器,进行信息解读并进行相关的管理。解读并进行相关的管理。第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.因此说,电子标签是一种非接触式的自动识别技因此说,电子标签是一种非接触式的自动识别技术,是目前使用的条形码的无线版本。术,是目前使用的条形码的无线版本。电子标签的应用给零售、物流等产业带来了革命性电子标签的应用给零售、物流等产业带来了革命性的变化。的变化。而且电子标签十分方便于大规模生产,并能够做到而且电子标签十分方便于大规模生产,并能够做到日常免维护。日常免维护。第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 w
3、illtg.All rights reserved.1、电子标签的特点电子标签的特点2、电子标签的组成电子标签的组成3、电子标签的分类电子标签的分类4、声表面波电子标签声表面波电子标签5、电子标签的状态转移电子标签的状态转移6、电子标签的技术参数电子标签的技术参数7、电子标签的发展趋势电子标签的发展趋势第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子电子标签由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体目标对象上。编码,附着在物体目标对象上。电子标签内编写的程序可按
4、具体需要进行随时读取和改写。电子标签内编写的程序可按具体需要进行随时读取和改写。电子标签中的内容也可在被改写的同时可以被永久锁死、进电子标签中的内容也可在被改写的同时可以被永久锁死、进行保护。行保护。通常电子标签的芯片体积很小,厚度一般不超通常电子标签的芯片体积很小,厚度一般不超0.35mm,可,可印制在纸张、塑料、木材、玻璃、纺织品等包装材料上,也印制在纸张、塑料、木材、玻璃、纺织品等包装材料上,也可以直接制作在商品标签上。可以直接制作在商品标签上。1、电子标签的特点、电子标签的特点第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved
5、.电子标签的特点有:电子标签的特点有:(1)具有一定的存储容量,存储被识别物品的相关信息。)具有一定的存储容量,存储被识别物品的相关信息。(2)在在一一定定工工作作环环境境及及技技术术条条件件下下,能能够够对对电电子子标标签签的的存存储数据进行读取和写入操作。储数据进行读取和写入操作。(3)维持对识别物品的识别及相关信息的完整。维持对识别物品的识别及相关信息的完整。(4)具有可编程操作,对于永久性数据不能进行修改。具有可编程操作,对于永久性数据不能进行修改。(5)对于有源标签,通过读写器能够显示电池的工作状况。对于有源标签,通过读写器能够显示电池的工作状况。1、电子标签的特点、电子标签的特点第
6、4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签主要由电子标签主要由天线天线、射频接口和、射频接口和芯片芯片三部分组成,其内部三部分组成,其内部框图如下图所示:框图如下图所示:2、电子标签的组成、电子标签的组成第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签内部又可细分为以下几个小单元:电子标签内部又可细分为以下几个小单元:天天线线:主主要要的的功功能能是是接接收收阅阅读读器器传传送送过过来来的的电电磁磁信信号号或或者者将将阅阅读读器器所所需需要要的的数
7、数据据传传回回给给阅阅读读器器,也也就就是是负负责责发发射射和和接接收收电电磁磁波波。它它是是电电子子标标签签与与读读写器之写器之间联间联系的重要一系的重要一环环;2、电子标签的组成、电子标签的组成第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.逻逻辑辑控控制制单单元元:负负责责对对读读写写器器传传送送来来的的信信号号进进行行译码,并且按照读写器的要求回传数据给读写器;译码,并且按照读写器的要求回传数据给读写器;调调制制解解调调单单元元:由由控控制制单单元元传传出出的的数数据据需需要要经经过过调调制制单单元元的的调调制制以以后后,
8、才才能能加加载载到到天天线线上上,成成为为天天线线可可以以传传送送的的射射频频信信号号,再再回回传传给给阅阅读读器器;解解调调单单元元负负责责将将经经过过调调制制的的信信号号加加以以解解调调,将将载载波波去除,以获得最初的调制信号;去除,以获得最初的调制信号;第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电电压压调调节节单单元元:主主要要用用来来把把从从读读写写器器接接收收过过来来的的射射频频信信号号转转化化为为直直流流电电源源(DC),并并且且经经由由其其内内部部的的储储能能装装置置(大大电电容容)将将能能量量储储存存起起来来
9、,再再通通过过稳稳压压电电路路,以以确确保保稳稳定的电源供应;定的电源供应;存存储储单单元元:主主要要用用于于存存储储系系统统运运行行时时产产生生的的数数据据或或者者识识别别数据等。数据等。电子标签与读写器之间通过电磁波进行通信,与其他通信系电子标签与读写器之间通过电磁波进行通信,与其他通信系统一样,电子标签可以看做一个特殊的收发信机统一样,电子标签可以看做一个特殊的收发信机(Transceiver)2、电子标签的组成、电子标签的组成第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签芯片是电子标签的一个重要组成部分,它主要负
10、责电子标签芯片是电子标签的一个重要组成部分,它主要负责存储标签内部信息,还负责对标签接收到的信号以及发送出存储标签内部信息,还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。标签芯片可以分为逻辑控制模去的信号做一些必要的处理。标签芯片可以分为逻辑控制模块和存储模块两部分。块和存储模块两部分。2.1 电子标签芯片电子标签芯片第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.电子标签芯片内部的逻辑控制模块又可以细分为电子标签芯片内部的逻辑控制模块又可以细分为PPM译码模块、命令处译码模块、命令处理模块、主状态机、编码模块、防碰
11、撞控制、通用寄存器、理模块、主状态机、编码模块、防碰撞控制、通用寄存器、EEPROM接接口等部分。其主要职责是对模拟解调后的数据做一些必要的处理,并且口等部分。其主要职责是对模拟解调后的数据做一些必要的处理,并且负责与负责与EEPROM及与读写器的通信。及与读写器的通信。2.1 电子标签芯片电子标签芯片第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.天线可以将导行波转换为自由空间波,也可以把自由空间波天线可以将导行波转换为自由空间波,也可以把自由空间波转换为导行波。转换为导行波。天线的周围是一个三维空间,这三维分别是波束范围、立体
12、天线的周围是一个三维空间,这三维分别是波束范围、立体弧度和立体角。弧度和立体角。由无线发射机发送的信号,首先经由馈线传送给天线,天线由无线发射机发送的信号,首先经由馈线传送给天线,天线接收完毕以后,再经由馈线传送给无线接收机。接收完毕以后,再经由馈线传送给无线接收机。由此可以看出,在传送信号的过程中,天线是必不可少的。由此可以看出,在传送信号的过程中,天线是必不可少的。而在而在RFID系统中,电子标签的天线必须满足以下的一些性系统中,电子标签的天线必须满足以下的一些性能要求。能要求。2.2 电子标签天线电子标签天线第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All
13、rights reserved.体体积积要要足足够够小小,因因为为天天线线还还要要嵌嵌入入到到体体积积很很小小的的电电子子标标签签中;中;要具有全向性,或者覆盖半球的方向性;要具有全向性,或者覆盖半球的方向性;要要能能够够为为电电子子标标签签当当中中的的芯芯片片供供给给能能量量,并并保保证证芯芯片片获获得得的信号最大化;的信号最大化;要要保保证证不不管管标标签签的的位位置置在在哪哪里里,天天线线都都能能够够正正常常的的与与阅阅读读器进行通信;器进行通信;要具有鲁棒性。要具有鲁棒性。考虑到电子标签的价格,天线的价格也不应过高。考虑到电子标签的价格,天线的价格也不应过高。2.2 电子标签天线电子标
14、签天线第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.因此,在选择天线的时候,必须考虑如下因素:因此,在选择天线的时候,必须考虑如下因素:(1)天线的类型。)天线的类型。(2)天线的阻抗。)天线的阻抗。(3)在应用到电子标签上时的射频性能。)在应用到电子标签上时的射频性能。(4)在有其他的物品围绕标签物品时的射频性能。)在有其他的物品围绕标签物品时的射频性能。2.2 电子标签天线电子标签天线第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.在实际应用中,标签的使用方式有
15、两种,一种是标在实际应用中,标签的使用方式有两种,一种是标签移动,通过固定的阅读器进行识别;一种是标签签移动,通过固定的阅读器进行识别;一种是标签不动,通过手持机等移动的阅读器来进行识别。不动,通过手持机等移动的阅读器来进行识别。在一个电子标签中,标签面积主要是由天线面积决在一个电子标签中,标签面积主要是由天线面积决定的。然而天线的物理尺寸受到工作频率电磁波波定的。然而天线的物理尺寸受到工作频率电磁波波长的限制,如超高频(长的限制,如超高频(900MHz)的电磁波波长为)的电磁波波长为30cm,因此应该在设计时考虑到天线的尺寸,一般,因此应该在设计时考虑到天线的尺寸,一般设计为设计为510cm
16、的小天线。的小天线。第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.此外,考虑到天线的阻抗问题、辐射模式、局部结此外,考虑到天线的阻抗问题、辐射模式、局部结构、作用构、作用距离等因素的影响,为了以最大功率进行传输数距离等因素的影响,为了以最大功率进行传输数据,天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻据,天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗相匹配。抗相匹配。因此在电子标签中应该使用方向性天线,而不是全因此在电子标签中应该使用方向性天线,而不是全向天线,方向性天线具有更少的辐射模式和更少的向天线,方向性天线具有更少的辐射模式和更
17、少的返回损耗干扰。返回损耗干扰。2.2 电子标签天线电子标签天线第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.RFID电子标签主要有线圈型、微带贴片型和偶极子电子标签主要有线圈型、微带贴片型和偶极子型三种。工作距离小于型三种。工作距离小于1m的近距离应用系统的的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,工作在中、低频段。工作在线,工作在中、低频段。工作在1m以上远距离的应以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子的用系统需要采用微带贴片型或偶极子的RFID天线,天
18、线,工作在高频及微波频段。工作在高频及微波频段。第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.(1)线圈型)线圈型 某某些些应应用用要要求求RFID的的线线圈圈天天线线外外形形很很小小,且且需需要要一一定定的的工工作作距距离离,如如动动物物识识别别。为为了了增增大大RFID与与读读写写器器之之间间的的天天线线线线圈圈互互感感量量,通通常常在在天天线线线线圈圈内内部部插插入入具具有有高高磁磁导率导率的铁氧体材料,来补偿线圈横截面小的问题。的铁氧体材料,来补偿线圈横截面小的问题。(2)微带贴片天线)微带贴片天线 微微带带贴贴片片天天
19、线线是是由由贴贴在在带带有有金金属属底底板板的的介介质质基基片片上上的的辐辐射射贴贴片片导导体体构构成成的的。微微带带贴贴片片天天线线质质量量轻轻,体体积积小小,剖剖面面薄薄,其其馈馈线线方方式式和和极极化化制制式式的的多多样样化化及及馈馈电电网网络络、有有源源电电路路集集成成一一体体化化等等特特点点成成为为了了印印刷刷天天线线的的主主流流。微微带带贴贴片天线适用于通信方向变化不大的片天线适用于通信方向变化不大的RFID应用系统中。应用系统中。2.2 电子标签天线电子标签天线第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.(3)偶
20、极子天线)偶极子天线在远距离耦合的在远距离耦合的RFID系统中,最常用的为偶极子天线。信系统中,最常用的为偶极子天线。信号从偶极子天线中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上产号从偶极子天线中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上产生一定的电流分布,从而在天线周围空间激发起电磁场。生一定的电流分布,从而在天线周围空间激发起电磁场。偶极子天线分为四种类型,分别为半波偶极子天线、双线折偶极子天线分为四种类型,分别为半波偶极子天线、双线折叠偶极子天线、三线折叠偶极子天线和双偶极子天线。叠偶极子天线、三线折叠偶极子天线和双偶极子天线。2.2 电子标签天线电子标签天线第4章 RFID电子标签2023/3/720
21、23/3/7 willtg.All rights reserved.射频识别系统可以应用于不同的领域和场合,不同的应用场射频识别系统可以应用于不同的领域和场合,不同的应用场合对合对RFID系统中电子标签的要求也不尽相同。为了满足这系统中电子标签的要求也不尽相同。为了满足这些多种多样的需求,电子标签的种类也多种多样。些多种多样的需求,电子标签的种类也多种多样。按照标签获取能量的方式分类按照标签获取能量的方式分类按照标签的工作频率分类按照标签的工作频率分类按照数据调制方式分类按照数据调制方式分类按照存储器类型分类按照存储器类型分类按照标签作用距离分类按照标签作用距离分类按照标签封装材质分类按照标签
22、封装材质分类3、电子标签的分类、电子标签的分类第4章 RFID电子标签2023/3/72023/3/7 willtg.All rights reserved.按照标签获取能量的方式分类按照标签获取能量的方式分类可以分为有源标签、半有源标签和无源标签。可以分为有源标签、半有源标签和无源标签。有源标签的内部自带电源,标签工作时所需的能量全部来自有源标签的内部自带电源,标签工作时所需的能量全部来自于这个自带电源。只要标签进入阅读器的有效工作范围内,于这个自带电源。只要标签进入阅读器的有效工作范围内,标签就可以主动发送信号。标签就可以主动发送信号。有源标签由于其自带电源不需要阅读器为其提供能量,所以有
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