無源RFID標簽結構與原理

無源RFID標簽本身不帶電池,依靠讀卡器發送的電磁能量工作。由于它結構簡單、經濟實用,因而獲得廣泛的應用。無源RFID標簽由RFID IC、諧振電容C和天線L組成,天線與電容組成諧振回路,調諧在讀卡器的載波頻率,以獲得最佳性能。

 RFID標簽結構 RFID標簽天線有兩種天線形式:(1)線繞電感天線;(2)在介質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COB用于ISO卡,一種符合ISO標準厚度(0.76)規格的卡,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,焊接區再用黑色環氧樹脂密封。對小批量生產,這種工藝的成本較低;而對于大批量生產,最好采有倒裝工藝。

 RFID IC 內部備有一個154位存儲器,用以存儲標簽數據。IC內部還有一個通導電阻極低的調制門控管(CMOS),以一定頻率工作。當讀卡器發射電磁波,使標簽天線電感式電壓達到VPP時,器件工作,以曼徹斯特格式將數據發送回去。數據發送是通過調諧與去調諧外部諧振回路來完成的。具體過程如下:當數據為邏輯高電平時,門控管截止,將調諧電路調諧于讀卡器的截波頻率,這就是調諧狀態,感應電壓達到最大值。如此進行,調諧與去調諧在標簽線圈上產生一個幅度調制信號,讀卡器檢測電壓波形包絡,就能重構來自標簽的數據信號。 門控管的開關頻率為70KHz,完成全部154位數據約需2.2ms。在發送完全部數據后,器件進入100 ms的休眠模式。當一個標簽進入休眠模式時,讀卡器可以去讀取其它標簽的數據,不會產生任何數據沖突。當然,這個功能受到下列因素的影響:標簽至讀卡器的距離、兩者的方位、標簽的移動以及標簽的空間分布。 為了達到設計的性能,標簽應準確地調諧在讀卡器的載波頻率。然而使用的元件總會有偏差的,引起讀數距離的變化。電感的誤差可控制在1~2%以內,因此讀數距離主要由電容誤差引起的。外接電容的誤差應在5%以內,Q值大于100。MCRF360R的內部電容是用氧化硅制作的,同一硅片上的誤差在5%以內,而不同批次的誤差在10%左右。

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