射频识别标签(RFID)(6)

射频识别标签(RFID)(6)

3.4 RFID系统的基本分类

RFID 系统存在着无数的变体，也存在许多开发和制造商。如果想要对RFID系统有一个整体的了解，必须首先知道如何区分这些不同类型的RFID 系统。

图3.1是一个RFID体系分类的示意图。

图表 3‑4 各种不同的RFID系统

RFID系统的运行基于两种模式：全双工(FDX)/半双工(HDX)模式和顺序模式 (SEQ)。

在全双工和半双工模式下，收发器的响应在阅读器的RF域打开的时候是按广播方式运作的。因为从收发器到阅读器天线的信号和阅读器自身信号相比是非常微弱的，所以必须采取适当的传输方式来将收发器的信号和来自于其他阅读器的信号相区分。实践中，从收发器到阅读器的数据传输采用负载调制（load modulation）的方式，它使用副载波，以及阅读器传输频率的分谐波。

对此对应，顺序方式使用在阅读器RF域按规则的间隔关闭的场合。这个间隔将被收发器识别，然后被用来从收发器向阅读器传输数据。这种方式的缺点是，如果传输终端则收发器将失去电力，所以必不采取其他备用供电方式或者电池以保证收发器的供电的平滑性。

RFID 收发器的数据容量通常从数byte 到数K byte。所以1-bit 收发器则是这种规则的例外。实际只有1-bit的数据量已经足够用来向阅读器标识两种状态了: 即“收发器在域中”或者“收发器不在域中”。当然，这对于满足简单的监控或者信号发送功能已经足够。因为1-bit transponder 不需要电子芯片，这些transponders 便可以非常便宜的制造，甚至几分之一美分的价格。基于此原因，所以在Electronic Article Surveillance (EAS)系统中使用了大规模的1-bit transponder以保护货物在商店和交易中的状况。 如果某人试图将为付款的商品带离商店，那么装载出口的阅读器将识别到'transponder in the field'的状态，并采取必要的反应。而在正常收费后，1-bit transponder 将被去除或者予以禁止。

能否将数据写到transponder 中向我们提供了另一种分类RFID 系统的方式。在简单系统中， transponder的数据记录通常是简单的序列编码，并且可以是在芯片制造时写入的，而且在随后不能修改。用来存储数据的主要的方式是：在感应耦合的RFID 系统中，EEPROM占了统治地位。但是其缺点是在写操作时功耗很高，以及有限的写入周期寿命限制 (通常是100 000 到1 000 000)。FRAM最近也被用在隔离的场所。FRAM的读取功耗是EEPROM的100 分之1，而写入功耗则比后者低1000 倍。但是其制造比较困难，因此限制了市场的广泛使用。

特别是在微波系统中，则普遍使用 SRAM来作为数据存储媒介。其优点是极快的数据读写速度，而缺点则是必须要使用辅助电力供应以便保持数据的持久性。

在可编程系统中，对存储器的读写访问和其他读写授权必须由数据载体的内部逻辑进行控制。在最简单的场合中，这些功能可以通过状态机来实现。状态机也可以是下复杂的逻辑顺序。但是状态机方式则不够灵活，因为以编程状态的变更必须要随之进行芯片电路的变更。实际应用中将导致芯片重新布局，并产生额外的费用。

微处理器的使用可以改善这种状况。在处理器制造时，将使用掩模的方式采用一个操作系统来管理数据。因此变更可以更加便宜的实现，并且软件可以重新编程以适应不同的应用。

对于非接触式智能卡来说，使用状态机的数据载体一般存储卡（memory card），而与之对应的则是处理器卡（processor card）。

这里还应该提及那些使用物理效应来存储数据的transponder。包括只读表面声波transponder 和通常可以禁止（设置为0）但是不能重新激活（设置为1）的1-bit transponder。

RFID 系统的一个重要特征是transponder的供电。被动transponder 自身没有电源，因此操作被动 transponder 所需的所有电力必须来自于reader的电/磁场。相反，主动transponders 自己有辅助供电措施，如电池，可提供其自身运行所需的部分或者全部电力。

RFID 系统的主要特征之一是系统的运行频率和有效范围。RFID 系统的运行频率是reader 所发射的频率。而transponder 的发射频率则不重要。在大多数情况下，它和reader的发射频率是相等。但是， transponder的发射功率通常设置为比reader的发射功率还要低10的几次方。

将不同的发射频率分为3个主要频段：LF (低频, 30–300 kHz), HF (高频)/RF 射频 (3–30 MHz) 和UHF (甚高频, 300 MHz–3 GHz)/微波(>3 GHz)。 根据有效范围的进一步区分还可以将RFID 系统区分为紧密耦合(0–1 cm), 远耦合(0–1 m), 和长距离耦合(>1 m) 系统。

从transponder 发送数据到reader的方式可分为3类：

•  使用反射或反向散射(即对应于reader发射频率的反射波的频率→ 频率比1:1)
•  load modulation (reader的场受到transponder的影响 → 频率比 1:1),
•  在transponder中使用分谐波(1/n fold) 和谐波的产生(n-fold) 。