电子标签原理与应用.doc

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1、电子标签原理与应用培训教材深圳市远望谷信息技术股份有限公司二零零九年十月十八日目 录第1章 绪 论 111射频识别技术简介 1111 自动识别技术 1112 射频识别技术 2113射频识别系统的频段 212射频识别系统的应用简介 3121 国际射频识别技术应用状况 3122射频识别技术在中国的发展前景 3123射频识别技术的应用领域 413 射频识别技术阵营的主要成员 5131美国德州仪器公司 5132法国INSIDE公司 5133 Philips公司 6134微软公司 614射频识别的相关行业 6第2章 射频识别系统的组成和分类 121 射频识别系统的组成 122 阅读器与应答器的构造形式

2、223射频识别系统的分类 3231按作用距离的远近分类 3232按系统的功能和特性分类 4233按工作频率分类 5第3章 射频识别系统的基本工作原理 131 1 bit应答器 132 电子数据载体 2321全双工和半双工 3322时序法 433 电子数据载体的结构 6331 具有存储功能的应答器 6332具有微处理器的应答器 10333存储器技术 1034射频识别系统的物理基础 11341 磁场 11342 电磁波 1235频率范围和允许使用的无线电规范 12第4章 电子标签的标准化 141国际标准ISOIEC 1 0536 142国际标准ISOIEC 1 4443 243 国际标准ISO/I

3、EC15693 244 其 他 标 准 2第5章 电子标签的应用 551 电子标签的应用领域 5511 防伪 5512供应链管理 6513贵重物品管理 7514图书管理、租赁产品管理 7515防盗 8516航空包裹管理 8517 门禁保安 9518畜牧管理 9519票证管理 10511 0其他 1052 电子标签的成功应用案例 1153 电子标签的应用系统分析 15531 车辆牌证智能防伪查验系统 15532电子标签在医院中的应用 16533 ETC不停车收费系统 16534电子标签拣货系统 17535邮包操作系统 17536枪械管理系统 19537血库管理 20538物流防伪 21539汽车

4、防盗 2121第1章 绪 论11射频识别技术简介电子标签也叫智能标签、Tag或者Smart Labels，其核心是采用射频识别技术、具有一储容量的芯片。图11所示为典型的电子标签。图11电子标签111 自动识别技术 自动设备识别技术是目前国际上发展很快的一项新技术，英文名称为AutomaticEquipment idenfificarlon，简称AEI。该项技术的基本思想是通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。 目前，应用最广泛的自动识别技术大致可分为光学技术和无线电技术两个方面。其中，光学技术中普遍应用于条形码

5、和摄像两大类，这两类技术产品目前己广泛应用于人们的日常生活中。比如一维条形码已经广泛用于商品管理，二维条形码目前得NT越来越多的重视；摄像用于抓拍违章车辆等。 目前广泛应用的自动识别技术都有各自的优缺点及适用场合。表11显示了几种识别技术的区别。条形码成本最低，适用于需求量大且数据不必更改的场合，例如商品包装上就很适宜，但是较易磨损，且数据量很小。磁卡的价格也很便宜，但容易磨损，数据量小。IC卡的价格稍高些，数据存储量很大，数据安全性好，但是由于它的触点暴露在外面，有可能因静电或人为的原因损坏。射频卡最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运

6、动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。短距离射频卡不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条形码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距离射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。112 射频识别技术 无线电技术在自动识别领域的应用中更具体的技术名称为射频识别，英文为RadioFrequency IDentification，简称RFID。射频识别系统的组成一般至少包括两个部分：应答器(电子标签是应答器的一种，英文名称为Tag或者Smart Labels)；阅读器，英文名称为Reader。电子标签中一般存有约定格式的电子数据。在实际应用中。电子标签附

7、着在待识别物体的表面。阅读器又称为读出装置，可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的，并可进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。 电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息采集的作用。由电子标签、读写器、天线和应用软件构成的射频识别系统可直接与相应的管理信息系统相连，使每件物品都可以被准确地跟踪。这种全面的信息管理系统能为客户带来诸多的利益，包括实时数据的自由采集、安全的数据存取通道、离线状态下也可获得所有产品信息等。采用电子标签系统，意味着能提供更新、更好的服务，以提高客户的满意度。国内射频识别技术与应用专

8、业网站：http：wwwrfidcorncn113射频识别系统的频段 RFID系统中采纳超高频频段(uHF，UltraHigh Frequency，860960 MHz)非常重要，因为超高频频段提供的频率扩充了在设定的供应链追踪货物的频率读取范围。大多数政府已经把RFID系统的频率设为1356 MHz，在这个频率上，当阅读距离要求不很严格时，RFID系统得到很好的使用。但是对于超高频频段，因涉及到军方、电台、民用企业等各方利益，各个国家并没有统一RFID系统的使用频段。在美国以及加拿大，RFID的频率为915 MHz，欧洲为868 MHz。在这两个范围内，大多数超高频电子标签的操作只是在性能上

9、有细微的差别。起初，日本不允许将超高频频段用作RFID，因为该国的可移动电话、出租车、卡车通信系统和公共无线网络在灾难预防上已经分派了超高频的频率。但是，在2001年，日本政府分派950956 MHz的超高频频段为追踪供应链中采用射频识别而用，为超高频的全球实现铺平了道路。日本政府将继续尝试开创超高频系列的其他部分，包括靠近美国超高频频段的902928 MHz，在美国和欧洲所使用的波段内找到一个合适的频率将有助于销售商们在全世界范围内开拓广阔的市场。事实上，中国也早已将超高频频段开放作为RFID系统使用。12射频识别系统的应用简介121 国际射频识别技术应用状况 RFID系统在国外发展得很快，

10、德州仪器公司、INSIDE公司、。Philips公司、Motorola公司等世界著名厂家都生产RFID产品，并且它们的产品各有特点，自成系列。RFID技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，如汽车、火车等交通监控，高速公路自动收费系统，停车场管理系统，物品管理，产品生产自动化(流水线)，安全出入检查，仓储管理，动物管理，车辆防盗等。RFID的应用非常广泛，如澳大利亚将它的RFID产品用于机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用；欧盟宣布1997年开始生产的新车型必须具有基于RFID技术的防盗系统；瑞士国家铁路局在全部旅客列车上安装RFID自动识别系统，调度员可以实时地掌

11、握火车运行情况，不仅利于管理，还大大减小发生事故的可能性；韩国在公共汽车上安装RFID系统用于电子月票；德国汉莎航空公司试用非接触的射频卡作为飞机票，改变了传统的机票购销方式，简化了机场入关的手续；德国BMW公司将RFID系统应用在汽车生产流水线的过程控制中；Motorola公司在超净车间里利用RFID系统来控制流水线的零件流向等。 据有关数据显示，1993年。RFID产品在全世界的销量为990万套，1994年就猛增到2030万套，1997年有关产品的销量为9810万套，2004年已经达到5亿套。而在全世界范围内射频产品的销售额1989年为081亿美元，1992年为141亿美元，1997年为4

12、33亿美元，1999年则为685亿美元，2004年达到22亿美元。2003年3月，Gaitner在“Symposium ITXPo2003”上预测，RFID技术属于最近25年(20052008年)将逐渐开始大规模应用的技术，到2008年RFID产品在全球市场需求将达到40亿美元。122射频识别技术在中国的发展前景射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，近年来在我国迅速普及，我国射频识别产品的市场是十分巨大的。随着经济交流、旅游的发展，我国的高速公路发展势头十分强劲，对自动收费系统的需求会日益增长，利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向，人工收费以及Ic卡的停车收费方式终将

13、被淘汰。我国的国土面积大、公路多、车辆多，预计在未来10年内，我国对射频识别产品将有数十亿元的需求。目前，国内已有一些公司借鉴国外的先进技术开发了自己的电子标签系统。例如，在锦山的一条高速公路上已应用了非接触射频卡自动收费系统，上海的公共汽车使用了电子月票，北京机场的高速公路和深圳的皇岗口岸也使用了射频识别系统等。123射频识别技术的应用领域射频识别技术在下列几种应用中比较有发展前景：(1)商品防伪物流管理，证件防伪查验管理。(2)生产线自动化管理，物料自动仓储管理。(3)企业资源计划管理。(4)电子票证支付应用，门票门控人事管理。(5)民航行李跟踪管理，邮政包裹跟踪管理。(6)图书文物文件查

14、找。(7)高速公路自动收费，车辆防盗抢查验管理。(8)感应式电子锁控系统。(9)新生婴儿防错管理。(10)畜牧动物跟踪监控管理。(11)地理信息标识查寻系统。(12)公交社区服务消费一卡通。(13)其他自动识别物控应用。(a) 民航行李跟踪管理; (b)无聊自动仓储管理 ;(c)病人跟踪管理 ;(d)畜牧动物跟踪监控管理(e)图书文物文件查找 ; (f)证件防伪; (g)图书管理; (h)门票管理 当然，在这里仅仅罗列了射频识别技术应用的一部分，但都是可行的且十分重大的应用。可以毫不夸张地预测，任何一种应用如果成为现实，都将会孕育一个庞大的市场。电子标签将是未来一个新的经济增长点。13 射频识

15、别技术阵营的主要成员131美国德州仪器公司美国德州仪器（TI，Texas Instruments）公司成立于1930年，是一家全球性的高科技公司全球500强之一。TI是数字信号处理及模拟产品的全球领导者，是因特网时代半导体工业的引擎。该公司还生产传感器与控制产品、教育产品数字成像产品等。德州仪器总部在美国德州的达拉斯，它在全球超过25个国家设有工厂和销售处，分公司和办事处遍布欧洲、北美、南美和亚太区，都可提供销售和技术支持。美国德州仪器RFID无线感应识别系统是美国德州仪器公司的一个部门。TIRIS是美国德州仪器Texas Instruments Recognition and Identif

16、ication System的简称。德州仪器是世界上最早研究开发射频技术的公司，它将射频技术的应用推向了工业和商业用途的顶峰。TIRIS的射频技术广泛应用于工业、畜牧业、汽车防盗和道路交通主要产品，目前全世界有18亿的各种类型的应答器在使用中。TI RFID是现场验证方案的开发和制造的领导者。1991年，德州仪器最早在RFID市场成立了多国半导体公司IRIS，应用遍及运动时间记录、后勤管理、车辆安全防盗、无线感应付费、消费者忠诚度管理和资产保护管理等许多领域。 TI是第一个提出将RFID产品应用到自动零售市场的。应用TI的RFID技术，零售商提供快速、便利的服务给客户，同时也可以建立很好的客户

17、忠诚度。132法国INSIDE公司 INSIDE公司是法国一家高新技术公司，主要从事非接触式智能卡与电子标签的研究和生产，公司成立于1995年，在中国上海和美国华盛顿均设有办事处。INSIDE公司中国办事处极其成功地开拓了电子标签在中国的市场，2003年该公司成功地与中国教育部合作，将电子标签应用到学生凭证购买优惠车票的管理系统中。LNSIDE公司在电子标签领域的重要业绩有： 1997年，推出全球第一个双界面卡片(既能够按照接触的方式操作，又能够按照非接触的方式操作)； 1998年，推出全球最小的阅读器(3 cmX4 cm)，兼容市场上也有了标准； 1998年，推出全球第一个兼容ISOIEC

18、15693标准的电子标签芯片； 2000年，推出全球第一个基于PDA的非接触阅读器： 2002年，推出全球第一个双标准的芯片(ISOIEC 15693和ISOIEC 14443 B); 2003年，全球首次将RISC微处理器结构应用于电子标签。INSIDE电子标签有三种形式：PICOTAG。、PICOPASS和PICOCRYPT。阅读器模块主要有适合于短距离通信(典型通信距离10 cm)的M220H和M210H，以及远距离通信(典型通信距离可达150 cm)的M300H,此外还有专门为掌上电脑设计的HANDIT模块。133 Philips公司 Philips电子集团成员之一的Philips半导

19、体公司是世界上最早研究射频识别技术的公司之一。Philips公司在射频识别领域的重要产品是Mifar系列产品，包括MifareStandmd(逻辑密卡，EEPROM容量为8：kb)，MifareLight(逻辑加密卡，EEPROM容量为384 b)，MScfarePLUS(第一代双界面卡U)和MifarePR()(第二代双界面卡)。Philips公司近期宣布推出首个ICODE HSI。(高频智能电子标签)芯片，率先支持LkNLJC(：GTAG计划。作为全球领先的非接触射频集成电路厂商，Philips半导体的产品系列又增添了新成员ICODE HSL。ICODE HSL是Ic()DE系列中可以在U

20、HF和245 GHz范围内工作的第一个成员，而且也是最先符合GTAG计划而广为业界接受的ISOI80004和ISO 180006标准。 ICODE是Philips电子标签芯片系列的一部分，主要针对大流量物流应用而设计，包括零售供应链管理、租赁和资产管理等。Philips的ICODE芯片可以存储独特的数据，从而能够起到产品确认和防伪的作用。这些芯片可以被放入商标或标签中，几乎能够被用于任何物品的追踪、数据自动获取和防盗功能中，从而为那些需要实现高自动化和有效的供立链管理系统的公司提供了低成本而且可重新编程的解决方案。134微软公司微软公司与Auto ID合作，协力发展RFID的商业和技术标准。A

21、uto ID是统一编码协会和：EAN Intelnational合资设立的机构。由于电子标签尺寸极小，因此有望取代产品包装上的条形码，只需扫描一下，就可通过特制的微芯片把信息无线传输至计算机。扫描过程可自动化，使货物从出厂、运送、零售店一直到消费者手上的整个供应链流程一目了然。Auto lD将为电子产品码网络(Electr。onic Product：Code NetWOI-k)研究技术标准，以作为射频和网络系统识别产品之用。微软公司表示，初期的工作重心会聚焦于制造业和零售业的供应链，未来则会与合作伙伴共同研究适用于整个供应链的RFID技术。联合商业情报(ABI)研究报告认为，RFID市场不只是

22、卖电子标签和阅读器，相关的软件和服务的商机也十分庞大，微软介入RFID阵营是瞄准RFlD库存系统后端整合的缺口。14射频识别的相关行业射频识别的相关行业组织和论坛表1.3示第2章 射频识别系统的组成和分类 典型的射频识别系统由应答器(Transponder)、读写器(ReadWrite I)evice)以及数据交换、管理系统等组成。电子标签也称射频卡，它具有智能读写及加密通信的能力。读写器由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。电子标签接收射频脉冲，从中解调出数据并送到控制逻辑。控制逻辑接受指令完成存储和发送数据或其他操作。EEPROM用来存储电子标签的ID号及其他用户数据。有源射频识

23、别系统是由电池供电，可以在较高频段工作，识别距离较长，和读写器之间的通信速率也较高。21 射频识别系统的组成 射频识别系统一般由如下两部分组成：(1)应答器：应答器应放置在被识别的物体上，例如IC卡、电子标签等都是应答器。图2-1为应答器的两个具体例子。图2.1应答器的两个具体例子应答器是射频识别系统真正的数据载体。通常，应答器由耦合元件以及微电子芯片组或。在阅读器的响应范围之外，应答器处于无源状态。通常，应答器没有自己的供电电源(电池)，只是在阅读器的响应范围之内，应答器才是有源的。应答器工作所需的能量，如同时钟脉冲和数据一样，是通过耦合单元(非接触的)传输给应答器的。 (2)阅读器：阅读器

24、可以是读或读写装置。一台典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及与应答器的耦合元件。此外，许多阅读器还都有附加的接口(R$232、RS485等)，以便将所获得的数据进一步传输给其他系统(个人计算机、机器人控制装置等)。 电子标签的射频识别系统由电子标签(TAG)、读写器、天线(Antenna)和应用软件构成，直接与相应的管理信息系统相连。各种射频识别系统的基本组成部分如图2-2所示。图2-3所示为射频识别系统命令流程的一个例子。图2.2 各种射频识别系统的基本组成部分图2.3 射频识别系统命令流程图22 阅读器与应答器的构造形式应答器的构造形式 应答器的形式是多样的，可以表现

25、为盘形、硬币形、塑料外壳和片上线圈、手表、钥匙扣等结构形式，图2-4给出了其中一些实物的例子。 图24应答器的各种形式阅读器的几种形式 阅读器的各种形式如图2-5所示。图2.5 阅读器的各种形式天线的构造形式天线的各种新式如图2-6所示图2.6天线的各种形式23射频识别系统的分类231按作用距离的远近分类1密耦合具有很小作用距离的射频识别系统，典型的范围为01cm，这种系统成为密耦合系统，即紧密耦合系统。鼻息吧应答插入阅读器中，或者防止在阅读器为此设定的表面上。 2遥耦合把写和读的作用距离为1cm1m的系统称作遥耦合系统。所有遥耦合系统在阅读器和应答器之间都是电感（磁）耦合。遥耦合中又分为近耦

26、合（典型距离为15cm）和原耦合(大约距离为1m)。3远距离系统 远距离系统典型的作用距离是从110 m，个别的系统也有更远的作用距离。所有远距离系统都是在微波范围内用电磁波工作的，发送频率通常为245 GHz。 射频识别系统按作用距离的远近来分类，其分类如图2-7所示。图27射频识别系统的分类232按系统的功能和特性分类 按数据载体的存储能力、处理速度、作用距离和密码功能等分类，射频识别系统可从低档到高档构成整个谱系。射频识别系统按系统的功能和特性分类如图2-8所示。射频识别技术可以划分为低档系统和高档系统图2.8 射频识别系统的分类 射频识别系统可分三档： (1)只读系统构成低档系统的下端

27、。 特点：数据载体上的数据虽然能读，但不能重写。 只读系统在功能上能取代条码系统。例如，用在控制货物流、识别产品品种、集装箱、玻璃瓶等方面。 (2)系统的中档部分。 特点：许多带有可写数据存储器构成的系统组成射频识别系统的中档部分，它们是存储量的变化范围介于16 B16 KB的EEPR()M或SRAM。这些系统在所有可供射频识别系统使用的频率范围进行工作，特别是在135 kHz、1356 MHz、27125 MHz和245 GHz频率上。 (3)系统的高档部分。 特点：由具有密码功能(即有验证和数据流密钥)的系统组成。微处理器系统属于高档系统。233按工作频率分类 射频识别系统的应答器可以根据

28、工作频率的不同分为低频、中频及高频系统。低频系统一般工作在100500 kHz；中频系统一般在115 MHz左右，它们主要适用于识别距离短、成本低的场合；高频系统则可达850950 MHz及2_45 GHz的微波段，适用于识别距离长、读写数据率高的场合。具体可以分类为： 低频段：1342 kHz，应用于门禁、考勤、车辆管理、巡更、防盗等领域。 中频段：1356 MHz，应用于防伪、物流、人员识别等领域。电子标签系统基本上属于这类系统。 超高频：900 MHz，称为电子标签，现专用于物流管理(感应距离为3 m)。 混频：1342 kHz和430 MHz相混合，现应用于车辆管理、远距离传输数据等领

29、域。射频识别系统的应答器还可以根据内部是否装有电池为其供电，可分为有源系统和无源系统两大类，电子标签属于无源系统；根据应答器保存信息注入的方式可分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类，电子标签属于现场无线改写式；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。第3章 射频识别系统的基本工作原理 本书主要从应答器的供电系统和从应答器到阅读器的数据传输系统两方面，重点分析射频识别系统的基本工作原理。应答器按数据载体的不同可分为1 bit应答器和电子数据载体应答器。 31 1 bit应答器 l bit是可表示的最小信息单位，且仅需识别两种状态：“1”

30、或“0”。对具有1 bit应答器的系统来说，意味着只有两种可表示的状态：“响应范围内有应答器”或者“响应范围内无应答器”。 1 bit应答器大多通过应用简单的物理效应(振荡过程由二极管激发谐波或者在金属的非线性磁滞回线上激发谐波)来实现其功能，而电子数据载体应答器是用一个微型芯片作数据载体的。 1 bit应答器的使用范围非常广泛，主要应用领域是商场里的电子防盗器(EAS，Electronics Article Sui“veillancel。 电子防盗器由以下几部分构成：一个阅读器或检测器的天线、安全保密设备或标签，以及几种可选定在付款后使标签无效的去活化器。具体例子如图31所示。图31 电子防

31、盗器的射频作用原理 电子防盗器的工作可采用四种方法：射频法、微波法、分频器法和电磁法。 1射频法射频法是运用LC振荡回路工作的，将该振荡回路调到一个规定的谐振频率点，其典型值为744873 MHz。图31中的电子防盗器就是采用射频法工作的。2微波法微波范围内的电子防盗器系统是利用在非线性元件(例如二极管)上产生的谐波来工作的。给定频率厂的正弦电压A的谐波是正弦电压B，其频率，店是厶的整数倍，即频率，厂A的谐波的频率是2厂A、3丘、4等。关于微波法的详细论述，可以阅读参考文献1。 微波法一般使用的载波频率为915 MHz、245 GHz或56 GHz。3分频器法分频器法在1001355 kHz的

32、长波范围内进行工作。安全标签包含半导体电路(微型芯片)以及漆包线的振荡回路线圈。用外接的电容，使电子防盗器系统的谐振电路在工作频率处产生振荡，应答器以硬标签(塑料)形式使用并且在商场购买东西付款时去掉。应答器中微型芯片的能量供应来自安全装置的磁场。振荡回路线圈上的频率被微型芯片一分为二(DrV2)后送回安全装置，只有原频率一半的信号经一抽头送回谐振线圈。图3-2给出了电子防盗器分频过程的原理图。采用这种方法，用低频触发安全装置的磁场(经ASK调制)可以提高检测率。 图32 电子防盗器分频过程的原理图 4电磁法电磁法用lOHz20 kHz的低频强磁场进行工作。安全标签为一条具有陡峭的磁滞回线的坡

33、莫合金软磁条。磁条位于强交变磁场中时，其极性被周期地反向磁化。磁条中的磁通密度B是在所加磁场强度H跨越零的附近的跳跃变化。产生频率为安全装置基频的谐波，这些谐波可以由安全装置接收和处理。 采用电磁法，系统频率参数的典型值为215 Hz。32 电子数据载体与l bit应答器不同，电子数据载体应答器是用一个微型芯片作为数据载体的。在这个数据载体上，存储的数据量可达数千字节。为了读出或读入数据，必须在应答器和阅读器之间进行数据传输，数据传输使用了三种基本不同的方法：全双工法、半双工法和时序法。(1)全双工法(FDx，FullDuplex)的特点：在应答器和阅读器之问的数据双向传输是同时进行的。其中，

34、包括应答器发送数据，所用频率为阅读器的几分之一，即采用“分谐波”， 或是用一种完全独立的“非谐波”频率。(2)半双工法(HDX，HalfDuplex)的特点：从应答器到阅读器的数据传输与从阅读器到应答器的数据传输是交替进行的。当频率在30 MHz以下时，经常使用负载调制的半双工，有没有副载波都无所谓，电路也很简单。尽管全双工与半双工的数据传输方式不同，但这两种方式有一个共同点：从阅读器到应答器的能量传输是连续的，与数据传输的方向无关。如果应答器和阅读器问的数据传输在时间上是交叉进行的，只在阅读器到应答器的数据传输过程中存在能量传输。时序法和半双工法的数据传输方式相同，不同之处在于能量的传输方式

35、。时序法的能量传输不是连续的，而是间断的，并且与数据传输方向有关。 根据以上所述的数据传输方法，电子数据载体应答器可相应地采用三种系统：全双工系统、半双工系统和时序系统。电子数据载体应答器工作常用的方法有电磁耦合法、电磁反向耦合、密耦合法。下面按照不同的系统来具体阐述这些方法在应答器中的应用。321全双工和半双工 全双工和半双工系统中均可采用电感耦合法、电磁反向散射耦合法等方式工作。电感耦合法、电磁反向散射耦合法和密耦合法适用于不同距离的系统。1电感耦合电感耦合法只适用于低电流电路的应答器，一般作用距离为15 cm。电感耦合应答器由一个电子数据载体(通常是单个微型芯片)以及用作天线的大面积的线

36、圈等组成。电感耦合应答器几乎都是无源工作的，这意味着微型芯片工作所需要的全部能量必须由阅读器供应。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，一小部分磁力线穿过距阅读器天线线圈一定距离的应答器天线线圈，通过感应，在应答器的天线线圈上产生一个电压，将其整流后作为数据载体(微型芯片)的电源。无源应答器使用频率范围：135 kHz，或为1356MHz。应答器天线上的负载电阻的接通和断开可促使阅读器天线上的电压发生变化，实现远距离应答器对天线电压的振幅调制。如果通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从应答器传输到阅读器，这种传输方式称为负载调制。如果应答器的附加负载电阻以很高的时钟频率角(其中

37、，下标H表示tigh Frequency)接通或断开，那么，在阅读器发送频率厂H的距离上可产生两条谱线，它们是容易检测到的。这种新的基本频率称为副载波。负载调制和副载波负载调制在国际标准IS()IE(：14443和ISOIEC 15693中均有使用。 2电磁反向散射耦合电磁反向散射耦合法适用于远距离应答器系统，一般为l m以上。1)应答器的能量供应(有源应答器)在欧洲，远距离系统用433 MHz56 GHz的频率进行工作。在澳大利亚、北美洲地区，个别系统也用47 MHz56 GHz的频率进行工作。这些频率范围的波长使人们可以设计尺寸较小、效率较高的天线，使用的频率范围可以小于135 kHz或等

38、于1356 MHz。微波系统中集成了一个对数据载体供应能量的附加电池。为了防止电池消耗在不必要的负载上，通常微型芯片有一个省电的“低功耗”或“备用”工作模式。2)应答器至阅读器的数据传输从雷达技术得知：电磁波被大小超过波长一半的物体所反射。一个物体反射电磁波的效率是通过其反射横截面来说明的。物体与到达它的波产生谐振时，其反射横截面积要尽可能大，这正是处于适当频率的天线所用的场合。 图3-3示出了反向散射应答器的作用原理。功率P。从阅读器天线发射出来，它的一部分只P1(自由空间衰减)到达应答器的天线，另一部分被天线反射，返回功率为P2。天线的反射性能(等于反射横截面)会受连接到天线的负载变化的影

39、响。为了从应答器到阅读器传输数据，与天线并联的附加负载电阻的接通和断开要与传输的数据流一致，从而完成由应答器反射的功率P2振幅的调制(调制后的反向散射)。由应答器反射的功率P2在空问自由辐射，其中的一小部分功率P2(自由空间衰减)被阅读器天线接收。 图33反向散射应答器的作用原理3密耦合采用密耦合方式工作的电子数据载体应答器的作用距离一般为011 cm。1)应答器的能量供应密耦合系统是为01l cm的作用距离而设计的。因此，工作时需将应答器插入阅读器之中，或放到一个有标记的表面上(touchgo)。应答器线圈和阅读器线圈的功能结构相当于一个变压器。阅读器线圈相当于变压器的初级线圈，应答器线圈相

40、当于变压器的次级线圈。通过初级线圈的高频交流电，在应答器插入阅读器之中或者放到使应答器线圈能在环形铁芯能准确定位的缝隙中产生高频磁场。这种高频磁场也穿过应答器线圈，并在应答器线圈中感应出频率相同的交流电压。对此电压整流，可获得供芯片使用的电源电压。2)应答器至阅读器的数据传输 (1)磁耦合：为了从应答器到阅读器进行磁耦合数据传输，在密耦合系统中也使用有负载波的负载调制。(2)电容耦合：由于阅读器和应答器之间的距离很小，在密耦合系统中也使用电容耦合来进行数据传输。4阅读器至应答器的数据传输在全双工系统和半双工系统中，所有已知的数字调制方法都可用于从阅读器到应答器的数据传输，而与工作频率或耦合方式

41、无关。大致可以分为以下三种基本方法：振幅键控(ASK)。频移键控(FSK)。相移键控(PSK)。为了便于解调，多数系统使用振幅键控调制。322时序法时序系统中常采用电感耦合方式进行从应答器到阅读器的数据传输。1电感耦合应答器下面从应答器的供电、时序系统的优点以及应答器至阅读器的数据传输等几方面对电感耦合应答器进行分析。1)应答器的供电用电感耦合的时序系统只适合在135 kHz以下的频率范围内工作。在阅读器线圈和应答器线圈问存在着变压器耦合作用。通过阅读器交变场的作用，在应答器线圈中所感应的电压被整流，可作供应电压使用。为了使能量可以高速传输，必须使应答器的谐振频率与阅读器的频率一致，而且应答器

42、线圈还具有高品质因数。所以，应答器含有一个片上微调电容器，该电容器用于补偿谐振频率的容差。与全双工系统和半双工系统不同，在时序系统中，阅读器的发送器并不是连续工作的。在传输过程中，传给发送器的能量用于电容器充电，以存储能量。在充电过程中，应答器的芯片需要切换到省电或备用模式，从而使接收到的能量几乎完全用于充电电容器的充电。在固定的充电时间结束后，将阅读器的发送器重新断开。2)时序系统的优点全双工系统的缺点在于，从阅读器到应答器的能量传输与数据的双向传输是同时进行的，所以芯片永远处于工作模式。应答器天线(电流源)与作为负载的芯片(电流消耗)问的功率匹配是合理利用所传输的能量的理想途径。然而，如果

43、实现了精确的功率匹配，那么电源电压(等于线圈的开路电压)只能有一半供芯片使用。为了提高供使用的工作电压，只有增大芯片阻抗(等于负载电阻)，而这也意味着功率消耗的降低。当设计全双工系统时，在功率匹配和电压匹配之间必须找到一个折衷的方案。时序系统的情况是完全不同的，充电过程中芯片处于备用模式或低功耗模式，这意味着芯片几乎没有消耗功率。与全双工系统和半双工系统相比，时序系统芯片能量供应的优点如下：应答器线圈的全部电源电压供芯片工作使用。因此供使用的工作电压是全双工和半双工系统的工作电压的两倍。供芯片使用的能量是由充电电容器的电容量以及充电时间决定的。从理论上说，这两个可能选择的值是任意大的。而对全双

44、工和半双工系统来说，芯片的最大功率消耗受功率匹配点(就是说，通过线圈几何图形和场强H)的限制。3)应答器至阅读器的数据传输在时序系统中，一个完整的读出周期由两个阶段构成：充电阶段和读出阶段。充电阶段的结束是由“脉冲串结束探测器”探测到的。该探测器监视应答器线圈上的电压曲线，并识别阅读器场断开的时刻。随着充电阶段的结束，芯片上的振荡器被激活。该激荡器的频率的决定因素取决于应答器线圈所构成的振荡回路。应答器线圈产生的弱交变磁场能被阅读器接收，与全双工系统和半双工系统相比，可改善信号干扰的状况，典型芝有20 dB。这对时序系统的作用距离产生积极的影响。应答器的发送频率与应答器线圈的谐振频率相符，它在

45、制造时就调整为阅读器的发射频率。2表面波应答器表面波应答器也是时序系统中的一种。表面声波元件是以压电效应和与表面弹性相关的低速传播电声波为依据的。表面声波装置工作在微波频率，通常在245 GHz的工业和医学科学范围内进行工作。表面波应答器一般由偶极子天线、内部数字转换器、反射器、压电晶体基片构成。由于电极之间的压电效应，加在导电板上的电脉冲会导致基片表面发生机械变形，这种变形作为表面波的形式向两个方向传播。对常用的基片来说，传播速度介于30004000 ms之间。反之，由于压电效应，进入转换器的表面波在内部数字转换器的导电板上就形成了电脉冲。把单独的电极放在表面波应答器的剩余长度上，电极边缘便

46、形成了反射带，并反射一小部分入射的表面波。把阅读器产生的高频扫描脉冲从应答器的偶极子天线输送到内部数字转换器中，并转换成声表面波。一部分表面波被每个分布在基片上的反射带所反射，而剩余部分则到达基片的终端并被吸收。 一部分反射波返回到内部数字转换器，转换成高频脉冲序列，并被偶极子天线反射回来。这种脉冲能被阅读器所接收，接收到的脉冲数量与基片上的反射带数量相符。 由于基片上的表面波传输速度缓慢，在阅读器的扫描脉冲发送后经过15 ms的滞后时间第一个应答脉冲才到达。这对于脉冲接收来说是一个很关键的优点。关于表面波应答器的详细论述，可以阅读参考文献1。33 电子数据载体的结构 根据射频识别系统所用数据载体的功能不同，把它们区分为两种：以集成电路(IC芯片)为基础的电子数据载体和利用物理效应的数据存储载体。1 bit应答器和表面波元件都属于后一类的范畴。电子数据载体的结构如图3-4所示。图34 电子数据载体的结构331 具有存储功能的应答器 具有存储器功