1
RFID簡介
射頻標簽是產品電子代碼(EPC)的物理載體，附著于可跟蹤的物品上，可全球流通并對其進行識別和讀寫。RFID(Radio Frequency Identification)技術作為構建"物聯(lián)網(wǎng)" 的關鍵技術近年來受到人們的關注。
射頻識別(RFID)是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。
無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池;也有標簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波(調成無線電頻率的電磁場)。標簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。
RFID電子標簽的閱讀器通過天線與RFID電子標簽進行無線通信，可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內存數(shù)據(jù)的讀出或寫入操作。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。
標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象;
讀寫器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式;
天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
圖一：RFID系統(tǒng)原理圖
無源RFID產品發(fā)展最早，也是發(fā)展最成熟，市場應用最廣的產品。比如，公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門禁卡、二代身份證等，這個在我們的日常生活中隨處可見，屬于近距離接觸式識別類。其產品的主要工作頻率有低頻125KHZ、高頻13.56MHZ、超高頻433MHZ，超高頻915MHZ。
有源RFID產品，是最近幾年慢慢發(fā)展起來的，其遠距離自動識別的特性，決定了其巨大的應用空間和市場潛質。在遠距離自動識別領域，如智能監(jiān)獄，智能醫(yī)院，智能停車場，智能交通，智慧城市，智慧地球及物聯(lián)網(wǎng)等領域有重大應用。有源RFID在這個領域異軍突起，屬于遠距離自動識別類。產品主要工作頻率有超高頻433MHZ，微波2.4GHZ和5.8GHZ。
空中接口通信協(xié)議規(guī)范讀寫器與電子標簽之間信息交互，目的是為不同廠家生產設備之間的互聯(lián)互通性。ISO/IEC制定五種頻段的空中接口協(xié)議。
2
無源RFID設計案例
在當前的技術應用中，應用最多最廣泛的還是無源RFID的產品。在許多應用到無源RFID的電路設計中，很多情況下是選用13.56MHZ的RC522模塊，這是一款應用廣泛的無源RFID模塊。對于RC522的應用電路，是使用3V3的直流電源供電，然后將接收到的信息通過SPI接口進行通信。應用原理圖如下圖二所示：
圖二：RC522應用原理圖
13.56MHZ天線電路包括信號接收電路和信號發(fā)射電路，信號發(fā)射電路分為EMC濾波部分、匹配電路部分和線圈電路部分。
發(fā)射電路：信號發(fā)射部分可細分為EMC濾波電路、諧振與阻抗匹配電路、線圈三部分。其中：
EMC濾波電路：主要是由LC低通濾波電路組成低通濾波器，讀卡芯片經由TX1和TX2送出的天線信號主要是13.56Mhz，但是不可避免也會有高次諧波存在。所以該部分的低通濾波器主要作用就是濾除高于13.56Mhz的無用信號。這樣即有利于讀卡器與卡片之間的正常通信，也能減少天線部分對空間或者附近電路的電磁干擾。
匹配電路：此部分主要是調整整個天線發(fā)射部分的諧振頻率點到13.56Mhz附近，這樣可以使得線圈上的信號幅度增加有利于磁場輻射。另外匹配電路還要將發(fā)射部分電路的電阻匹配到與讀卡芯片的輸出電阻附件，典型的是50歐姆(不同芯片不一樣)。這樣可以使得天線部分獲得最大功率有利于讀卡距離提升。
線圈：線圈可以是PCB線圈或者銅線繞制線圈。
接收電路：信號接收電路比較簡單，由四個元器件構成，Cmin電容可穩(wěn)定讀卡芯片內部提供的固定參考電壓Vmin，R1則將此參考電壓引入到RX引腳，為芯片的接收信號添加固定直流電平，CRx則從發(fā)生電路引入反饋信號與Vmin疊加后送入芯片內部。通過調節(jié)R2和R1的比值可以調節(jié)Rx腳信號的幅度，使得芯片的讀卡距離最佳。
在PCB設計時還要注意以下幾點：
整個發(fā)射部分電路一定要注意對稱設計，從Tx1和Tx2出來的兩路信號的走線長度盡量做到一致。
兩只電感應該用0805以上的封裝，以保證有足夠的電流通過(680nH/0805)，否則不利于遠距離讀卡。
PCB線圈的長寬視具體情況而定，如果電路板不受模具限制可設計為與普通卡片長寬一致，如果線圈大小受限制也可減小線圈面積。一般原則是設計為與所讀的卡片大小一致最好;再說線圈的圈數(shù)問題，長寬在3x3cm以上4圈即可，過多反而不好調整參數(shù)。如果是在3x3cm以下可以將圈數(shù)增加至6圈或者更多;PCB線圈走線寬度在0.5mm~1mm之間，間距與線寬相同即可，另外線圈拐角以圓弧過渡最好。
線圈部分，不可大面積敷銅，否則會引起磁場渦流效應造成能量嚴重損耗要注意線圈作用范圍內(線圈周圍全部空間)不可有大面積的金屬元件、金屬物體、金屬鍍膜等。
整個發(fā)射電路所有器件的地必須連接到同一根地線上并且返回芯片的TVSS腳，且天線電路器件附近不可大面積覆銅，器件之間以導線連接。
3
總結
在物聯(lián)網(wǎng)技術不斷發(fā)展的這個時代，RFID作為一個物聯(lián)網(wǎng)中采用的感知層技術，與物聯(lián)網(wǎng)有著不解之緣。近年來，RFID技術也極大地增加物聯(lián)網(wǎng)的功能，豐富了物聯(lián)網(wǎng)的內涵，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也推動了RFID技術的發(fā)展應用，如針對生鮮物品、藥物等“物”對物聯(lián)網(wǎng)提出的特殊要求，RFID標簽不但能夠提供商品的靜態(tài)信息，還能提供商品所在位置以及周圍的溫度、濕度等動態(tài)信息，大大提高了RFID標簽的智變度。目前采用RFID感知層的物聯(lián)網(wǎng)已實現(xiàn)了“人與人”通信與“人與物”通信，但要在未來的物聯(lián)網(wǎng)中要實現(xiàn)“物與物”通信與互動，必須提升裝在“物”上使“物”智能化的RFID標簽的智能化水平。此外，標準化、互操作性、協(xié)議、法規(guī)以及連接技術等，仍有待提升和完善。
