第1章RFID概論.

1、RFID技術(shù)和應(yīng)用的市場前景巨大技術(shù)和應(yīng)用的市場前景巨大人人財財物物l 應(yīng)用領(lǐng)域：身份識別、簽名認證l 應(yīng)用要求：身份認證、簽名、交易要求具備法律效力，不可抵賴、篡改及假冒l(fā) 應(yīng)用領(lǐng)域：財富管理、商業(yè)交易l 應(yīng)用要求：構(gòu)建虛擬“圍墻”，確保數(shù)字財富、數(shù)字物品的安全l 應(yīng)用領(lǐng)域：識別防偽、記錄管理l 應(yīng)用要求：與實體社會映射通道分布廣泛、方便快捷，映射關(guān)系一致RFID廣闊的應(yīng)用前景廣闊的應(yīng)用前景移動支付移動支付不停車收不停車收費費物流倉儲物流倉儲RFID技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和樂觀的市場空間，應(yīng)該及早掌技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和樂觀的市場空間，應(yīng)該及早掌握相關(guān)技術(shù)和實現(xiàn)產(chǎn)品化握相關(guān)技術(shù)和實現(xiàn)產(chǎn)品化

2、商品防偽 自動導(dǎo)航 食品追溯 藥品追溯 自動導(dǎo)游 校園一卡通 2一、RFID概論 1.1 射頻識別技術(shù)及其特點 射頻識別是無線電頻率識別的簡稱，即通過無線電波進行識別。 RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體稱為應(yīng)答器。 應(yīng)答器中存放的識別信息由閱讀器讀出。 閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對其進行寫入，讀寫過程是通過雙方之間的無線通信來實現(xiàn)的。RFID 應(yīng)答器（射頻卡或標簽）應(yīng)答器（射頻卡或標簽）射頻卡射頻卡 RFID 應(yīng)答器應(yīng)答器（射頻卡或（射頻卡或 標簽）標簽）標簽5日常生活中典型應(yīng)用1、門禁 2、身份證 3、物流標簽 RFID 閱讀器閱讀器（讀寫器或基站）（讀

3、寫器或基站） 7一、RFID概論 實際電路的閱讀器和應(yīng)答器RFIDRFID的基本原理框圖的基本原理框圖 射頻卡或射頻卡或電子標簽電子標簽讀寫器讀寫器或基站或基站一、RFID概論 3、RFID的工作頻率 低頻（LF，30300KHz）最常用的的是125KHz。 高頻（HF，330MHz）最常用的的是13.56MHz。 特高頻（UHF，300M3GHz）最常用的的是433MHz， 866960MHz，2.45GHz。 超高頻（SHF，3G30GHz）最常用的的是5.8GHz和24G Hz。901k1M1Gf(Hz)30k 300k3M 30M 300M3G30G125k13.56M常用：常用：43

4、3M866960M5.8GLFHFUHFSHF10日常生活中典型應(yīng)用1、門禁 2、身份證 3、物流標簽 11一、RFID概論 2、RFID的耦合方式 電感耦合和反向散射耦合方式（電磁場耦合）兩大類。 1.2.2 電感耦合方式 電感耦合方式的載波頻率fc主要為13.56MHz和小于135KHz的頻段,工作距離小于1m 。電感耦合 12一、RFID概論 1、應(yīng)答器的能量供給 應(yīng)答器一般都是無源的，能量從閱讀器獲得。 Vs是射頻源，L1C1構(gòu)成諧振回路，Rs是射頻源的內(nèi)阻，R1是L1的損耗內(nèi)阻。 Vs在L1上產(chǎn)生高頻電流i，諧振時i最大，并且產(chǎn)生的磁場穿過線圈，有部分磁力線穿過電感線圈L2。 在L2

5、上產(chǎn)生了電壓V2，將其整流和 濾波，即可產(chǎn)生應(yīng)答器工作所需的直流電壓。 電感線圈L1和L2可以看做是一個變壓器的初、次級線圈，不過它們的耦合很弱，所以主要適用于小電流電路。13一、RFID概論 實際電路的閱讀器和應(yīng)答器14一、RFID概論 2、應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸負載調(diào)制 15一、RFID概論 如果在應(yīng)答器中以二進制數(shù)據(jù)編碼控制開關(guān)S，則應(yīng)答器線圈上的負載電阻按二進制數(shù)據(jù)編碼信號的高低電平變化而接通和斷開。 負載的變化通過L2映射到L1，使L1上的電壓也按此規(guī)律變化。該電壓通過解調(diào)、濾波放大電路，恢復(fù)為應(yīng)答器端控制開關(guān)的二進制數(shù)據(jù)編碼信號，經(jīng)解碼后就可獲得存儲在應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)信息。 負載調(diào)

6、制方式也稱為電阻負載調(diào)制，其實質(zhì)上是振幅調(diào)制。16一、RFID概論 3、閱讀器向應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸 閱讀器向應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用多種數(shù)字調(diào)制方式，通常為幅移鍵控（ASK）。 1.2.3 電感耦合方式的變型 1、電感耦合的時序方式 在時序方式中，閱讀器向應(yīng)答器的能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸占用一個連續(xù)的時隙，在此時間內(nèi)，應(yīng)答器獲取能量而不傳送數(shù)據(jù)。 在兩次能量供應(yīng)的間隙時間，應(yīng)答器完成向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。17一、RFID概論 2、掃頻法 （1）掃頻的基本概念 掃頻就是利用某種方法使正弦信號的頻率隨時間按一定規(guī)律，在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動。 掃頻信號為：20( )cos( 2)cos()mmv tVfdtVw

7、 tft18一、RFID概論 2、掃頻法 （2）掃頻信號的主要工作特性 包括有效掃頻寬度、掃頻線性和振幅平穩(wěn)性。 有效掃頻寬度指最大的頻率覆蓋范圍： 掃頻線性可用線性系數(shù)來表征，它表示掃頻信號頻率的變化規(guī)律和預(yù)定的掃頻規(guī)律之間的吻合程度。 振幅平穩(wěn)性指掃頻信號的振幅應(yīng)恒定不變，即寄生幅度要小。2HLHLffffff19一、RFID概論 （3）掃頻法的工作原理 閱讀器邊采用掃頻振蕩器，電感L1是掃頻振蕩器的線圈， L1中的電流產(chǎn)生掃頻的交變磁場，頻率從fL掃至fH。應(yīng)答器的諧振回路由L2和C2組成，其諧振頻率為f2，f2在fL至fH之間。 當閱讀器與應(yīng)答器的的頻率相等時，線圈L1的電流產(chǎn)生一個明

8、顯的增量，可提供用于識別。 掃頻頻率范圍為8.2MHz，該技術(shù)可用于商場的電子防盜，這種無源應(yīng)答器由電感線圈和薄膜電容構(gòu)成諧振回路，稱為1比特應(yīng)答器。20一、RFID概論 3、分頻信號檢測法 這種方法的工作頻率為100-135KHz，原理與電感耦合的方式相同，應(yīng)答器是無源的，載波信號經(jīng)二分頻送至調(diào)制器，在調(diào)制器中被應(yīng)答器數(shù)據(jù)或低頻方波信號調(diào)制，被調(diào)制的二分頻載波信號經(jīng)應(yīng)答器電感線圈L3送至閱讀器，閱讀器對二分頻載波信號進行處理，便可獲得應(yīng)答器的有關(guān)信息。21一、RFID概論 1.2.4 反向散射耦合方式 1、反向散射 雷達技術(shù)為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。 當電磁波遇到空間

9、目標時，其能量的一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度被散射到各個方向。在散射的能量中，一小部分反射回了發(fā)射天線，并被該天線接收，對接收信號進行放大和處理，即可獲取目標的有關(guān)信息。22一、RFID概論 2、RFID反向散射耦合方式 RFID反向散射耦合方式采用特高頻（UHF）和超高頻（SHF），應(yīng)答器和閱讀器的距離大于1m。反向散射耦合23一、RFID概論 （1）應(yīng)答器的能量供給 無源應(yīng)答器的能量有閱讀器提供，閱讀器天線發(fā)射的功率 P1經(jīng)自由空間衰減后到達應(yīng)答器，設(shè)到達功率為P1 P1、中被吸收的功率經(jīng)應(yīng)答器中的整流電路后形成應(yīng)答器的工作電壓。 在特高頻和超高頻范圍內(nèi)，由關(guān)電磁兼容的國際標準對

10、閱讀器所能發(fā)射的最大功率有嚴格限制，因此在有些應(yīng)用中，應(yīng)答器采用完全無源方式會有一定困難。 為了節(jié)能，應(yīng)答器平時處于低功耗模式，當應(yīng)答器進入閱讀器的作用范圍時，應(yīng)答器被激活，進入工作狀態(tài)。24一、RFID概論 （2）應(yīng)答器至閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸 到達功率P1、的一部分被天線反射，反射功率P2經(jīng)自由空間后到達閱讀器，被閱讀器天線接收。接收信號經(jīng)收發(fā)耦合器電路傳輸至閱讀器的接收通道，被放大后經(jīng)處理電路獲得有用信息。 （3）閱讀器至應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸 閱讀器至應(yīng)答器的命令及數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)根據(jù)RFID的有關(guān)標準進行編碼和調(diào)制，或者按所選應(yīng)答器的要求進行設(shè)計。 25一、RFID概論 3、聲表面波應(yīng)答器 聲表面波

11、（Surface Acoustic Wave，SAW）器件是以壓電效應(yīng)和與表面彈性相關(guān)的低速傳播的聲波為依據(jù)。 壓電基片的端部有指狀電極結(jié)構(gòu)。指狀電極結(jié)構(gòu)是電聲轉(zhuǎn)換器（換能器）。26一、RFID概論閱讀器送出的射頻脈沖序列電信號，從偶極子天線饋送至換能器。換能器將電信號轉(zhuǎn)換為聲波。轉(zhuǎn)換的工作原理是利用壓電襯底在電場作用時的膨脹和收縮效應(yīng)。電場是 指由指狀電極上的電位差形成的。一個時變輸入電信號引起壓電襯底振動，并延其表面產(chǎn)生聲波。這表面波縱向通過基片，一部分被反射帶反射，而剩余部分到達基片終端后被吸收。一部分反射波返回換能器，在那里被轉(zhuǎn)換成射頻脈沖序列電信號，并被偶極子天線傳送至閱讀器。閱讀器

12、接收到的脈沖數(shù)量與基片上的反射帶數(shù)量相符，單個脈沖之間的時間間隔與基片反射帶的空間間隔成比例，從而通過反射帶的空間布局可以表示一個二進制的數(shù)字序列。27一、RFID概論由于基片的表面波傳播速度緩慢，在閱讀器的射頻脈沖序列電信號發(fā)射后，經(jīng)過1.5ms的滯后時間，從應(yīng)答器返回的第一個應(yīng)答脈沖才到達。這是聲表面波應(yīng)答器時序方式的重要優(yōu)點。聲表面波應(yīng)答的數(shù)據(jù)存儲能力和和數(shù)據(jù)傳輸速度取于基片的尺寸和反射帶之間所能實現(xiàn)的最短間隔，實際上，16-32位的數(shù)據(jù)傳輸率大約為500kbps。聲表面波RFID系統(tǒng)的作用距離主要取決于閱讀器所能允許的發(fā)射功率，在2.45GHz下，作用距離可達到1-2m。28一、RFI

13、D概論4、諧波檢測法（1）非線性元件的頻率變換作用諧波檢測法的工作原理基于反向散射耦合方式，它可用于電子防盜系統(tǒng) 。諧波法原理 29一、RFID概論4、諧波檢測法（2）諧波檢測法的原理發(fā)送器的微波源受1KHz方的應(yīng)答器偶極子天線接收到頻率為fc的電壓，該電壓在變?nèi)荻O管的作用下，產(chǎn)生較強的二次或三次諧波電流，該電流產(chǎn)生的微波信號從偶極子天線回射，它也是被1KHz信號調(diào)制的，載波頻率為fc，2fc接收器的接收頻率可調(diào)節(jié)在2fc上，如果檢測到2fc頻率上的調(diào)制信號，則說明檢測到應(yīng)答器。諧波檢測法的工作原理也是基于反向反射耦合方式的，它可用于電子防盜系統(tǒng)，應(yīng)答器實際上是一個1比特應(yīng)答器。30一、RF

14、ID概論1.3 射頻識別的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架1.3.1 RFID應(yīng)用系統(tǒng)的組成1、最簡單的應(yīng)用系統(tǒng)只有單個閱讀器，它一次對一個應(yīng)答器進行操作，如公交汽車上的票務(wù)操作。2、較復(fù)雜的應(yīng)用需要一個閱讀器可同時對多個應(yīng)答器進行操作，即要具有防碰撞（亦稱防沖突）的能力。3、更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡(luò)連接。 31一、RFID概論 1.3.2 應(yīng)答器（射頻卡和標簽） 1、射頻卡和標簽 （1）射頻卡射頻卡 32一、RFID概論 （2）標簽標簽33一、RFID概論 2、應(yīng)答器的主要性能參數(shù) 工作頻率 讀/寫能力 編碼調(diào)制方式 數(shù)據(jù)傳輸速率 信息數(shù)據(jù)存儲容量 工作距離 多應(yīng)答器識讀能

15、力（亦稱防碰撞或防沖突能力） 安全性能（密鑰、認證）等。 34一、RFID概論 3、應(yīng)答器的分類 無源、半無源與有源應(yīng)答器 無源應(yīng)答器：不附有電池 ，從閱讀器發(fā)出射頻能量中提取工作所需的電能。采用電感耦合方式的應(yīng)答器多為無源應(yīng)答器。 半無源應(yīng)答器 ：內(nèi)裝有電池，起輔助作用，對維持數(shù)據(jù)的電路供電或?qū)?yīng)答器芯片工作所需的電壓作輔助支持，用于傳輸通信的射頻能量源自閱讀器。 有源應(yīng)答器：工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時內(nèi)部電池能量也部分地轉(zhuǎn)換為應(yīng)答器與閱讀器通信所需的射頻能量。 35一、RFID概論 4、應(yīng)答器電路的基本結(jié)構(gòu)和作用36一、RFID概論 4、應(yīng)答器電路的基本結(jié)構(gòu)和作用 天線電路用于獲取射

16、頻能量，由電源電路整流穩(wěn)壓后為應(yīng)答器電路提供直流工作電壓。 天線電路獲取的載波信號的頻率經(jīng)分配，分頻信號可作為應(yīng)答器的控制器、存儲器、編解碼器等電路工作時所需的時鐘信號。 從閱讀器送來的命令，通過解調(diào)、解碼電路送至控制器，控制器實現(xiàn)命令所規(guī)定的操作；從閱讀器送來的數(shù)據(jù)，經(jīng)解調(diào)、解碼后在控制器的管理下寫入存儲器。 應(yīng)答器送至閱讀器的數(shù)據(jù)，在控制器的管理下從存儲器輸出，經(jīng)編碼、負載調(diào)制電路輸出。37一、RFID概論 1.3.3 閱讀器（讀寫器或基站） 38一、RFID概論2、閱讀器的功能 以射頻方式向應(yīng)答器傳輸能量； 從應(yīng)答器中讀出數(shù)據(jù)或向應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù)； 完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實現(xiàn)應(yīng)用操作；

17、 若有需要，應(yīng)能和高層處理交互信息。39一、RFID概論 2、閱讀器的電路組成 40一、RFID概論2、閱讀器的電路組成振蕩器電路產(chǎn)生射頻振蕩信號，一路經(jīng)時鐘電路產(chǎn)生MCU所需的時鐘信號，另一路經(jīng)載波形成電路產(chǎn)生閱讀器工作的載波信號。發(fā)送通道包括編碼、調(diào)制和功率放大器，用于向應(yīng)答器傳送命令和寫數(shù)據(jù)。接收通道包括解調(diào)、解碼電路，用于接收應(yīng)答器返回的應(yīng)答信息和數(shù)據(jù)。根據(jù)應(yīng)答器的防碰撞能力的設(shè)置，還應(yīng)考慮防碰撞電路的設(shè)計。MCU是閱讀器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應(yīng)答器發(fā)送命令與寫數(shù)據(jù)，應(yīng)答器數(shù)據(jù)讀取與處理、與應(yīng)用系統(tǒng)的工程進行通信等任務(wù)。 41一、RFID概論 1.3.4 天線 天線的目標是取得最大的能量傳輸效果。 RFID系統(tǒng)所用的天線類型主要有偶極子天線、微帶貼片天線、線圈天線等。 在應(yīng)答器中，天線和應(yīng)答器芯片封裝在一起。 42一、RFID概論 相關(guān)的自動識別技術(shù) 自動識別技術(shù)：包括條形碼、接觸式IC卡、生物特征識別、光學(xué)字符識別（OCR）以及射頻識別（RFID）等。 條形碼（Bar Code）技術(shù)：最早產(chǎn)生在20世紀20年代，由一組規(guī)則排列的條和空、相應(yīng)的數(shù)字組成 。 其