射频识别技术是什么? RFID无线射频识别技术基本介绍

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一、射频识别技术是什么?
 
无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写,从而达到识别目标和数据交换的目的,其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。 
 
无线射频识别技术通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术,通过无线通信结合数据访问技术,然后连接数据库系统,加以实现非接触式的双向通信,从而达到了识别的目的,用于数据交换,串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中,通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离,可分为近场和远场,为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。
 
二、RFID无线射频识别技术基本介绍
 
无线射频识别技术(Radio Frequency Idenfication,RFID)是一种非接触的自动识别技术,其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。
 
RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。电子标签是射频识别系统的数据载体,电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同,电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi—passive tag)。有源电子标签内装有电池,无源射频标签没有内装电池,半无源电子标签(Semi—passive tag)部分依靠电池工作。 
 
电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。 
 
RFID阅读器(读写器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
 
三、RFID选型及基本电路框架
 
RFID 作为一项专业度较高的技术,在一些公司,可能还会专门招聘专业的 RFID 工程师。本篇阐述的涉及到的只是基本选型设计、电路框架,关于 RFID 天线调试、低功耗检卡调试等。
 
NFC(Near Field Communication)芯片选型: 
主要考量点:
芯片支持的协议、是否支持低功耗检卡、是否能过金融认证、芯片价格 
芯片支持协议:
ISO14443A/B、ISO15693、 ISO18092 和 ISO21481 等。
ISO14443A 卡:Mifare 系列、 Ultralight 系列、 Plus 系列、 CPU 卡系列等。
ISO14443B 卡:身份证、 SR176、 SRI512 等。
ISO15693:NXP 的 ICODE 系列、 TI 的 Tag_it HF-I、 ST LRI 等。
ISO18092:包括读卡模式、卡模式、点对点通信模式。
ISO21481:在 ISO18092 基础上兼容 ISO15693 协议。
LPCD 功能:芯片低功耗检测卡片功能。没有卡片靠近时,芯片处于低功耗状态, 仅需 10uA 电流,就能完成卡片侦测, 当卡片靠近时,芯片侦测到卡片,唤醒单片机读卡。
金融认证:PBOC2.0/3.0 标准、 EMV 标准
电路架构:
NFC 芯片外部电路通常由以下几个部分组成:供电电路、通信接口电路、天线电路、振荡电路;
供电电路:主要包括模拟电源 AVDD、数字电源 DVDD、发射器电源 TVDD、引脚电源 PVDD、测试引脚电源 PVDD2;
a. 如果需要提高发射功率可提高 TVDD 的电压,例如 5V 供电的 TVDD 形成的发射功率会比 3V 的要强;
b. 芯片的供电电流通常在几十到几百 mA,主要的能量消耗在发射器的电路上。例如 FM175xx 的天线发射电流在 100mA,RC663 则可以达 250mA,因此选择供电芯片、电感器件时,需要注意留足余量;
c. 读卡芯片天线 13.56MHz 的正弦波信号会干扰电源,为减少传导干扰,可以在电源端加π型滤波器,但为减少电路设计冗余度,一般情况下不添加。 
通信接口:
通常都支持 SPI/I2C/UART,一般通过外部引脚配置选择,为方便升级,可做兼容设计;
天线设计:
天线电路主要由 4 部分组成:EMC 滤波、匹配电路、天线、接收电路。以 FM17550 为例,如下: 
射频识别技术
滤波电路:
由 L1、C1 组成的低通滤波器用于滤除 13.56MHz 的衍生谐波,该滤波器截止频率应设计在 14MHz 以上。L1 电感不可靠近摆放,以免互相干扰(互感效应)。滤波电路元件匹配公式:f=1/(2π√LC) 
匹配电路:
用于调节发射负载和谐振频率。射频电路功率受芯片内阻和外阻抗影响,当芯片内阻和外阻抗一致时,发射功率效率最高。C2 是负载电容,天线感量越大,C2 取值越小。C3 是谐振电容,取值和天线电感量直接相关,使得谐振频率在 13.56MHz。 
接收电路:
C4 滤除直流信号,R2 和 R3 组成分压电路,使得 RX 接收端正弦波信号幅度在 1.5-3V 之间。 
天线:
由 R1 电阻(通常是 1ohm 或 0ohm)和印制 PCB 组成。
天线越大,读卡距离越远,当天线面积达到 5cm x 5cm 以后,再增大天线,读卡距离没有明显提升。
天线线宽建议选择 0.5mm - 1mm。天线大于 5cm x 5cm 不能多于 3 圈,小于 3cm x 3cm 不能小于 4 圈
为减小 EMC 辐射干扰,需要将 PCB 走线转角处画成圆弧。
天线区域内和天线边缘禁止将信号、电源、地线画成圈或者半圆,天线圈内不可有大面积金属物体、金属镀膜,避免引起磁场涡流效应造成能力严重损耗。
天线 PCB 绕线方式是相对的,不是同向。
天线电路设计元件的精度应控制在 2%以内,否则容易导致天线谐振频点偏差,导致读卡性能严重下降,产品一致性难以保证
天线大小和读卡距离关系
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