一、射頻識(shí)別技術(shù)是什么？

 

無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。 

 

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)通過(guò)無(wú)線電波不接觸快速信息交換和存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)無(wú)線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識(shí)別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識(shí)別系統(tǒng)中，通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對(duì)應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

 

二、RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)基本介紹

 

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。

 

RFID系統(tǒng)至少包含電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分。電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成。依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽(Active tag)、無(wú)源電子標(biāo)簽(Passive tag)和半無(wú)源電子標(biāo)簽(Semi—passive tag)。有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無(wú)源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，半無(wú)源電子標(biāo)簽(Semi—passive tag)部分依靠電池工作。 

 

電子標(biāo)簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標(biāo)簽、高頻電子標(biāo)簽、超高頻電子標(biāo)簽和微波電子標(biāo)簽。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡標(biāo)簽、線形標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓形標(biāo)簽及特殊用途的異形標(biāo)簽等。 

 

RFID閱讀器（讀寫器）通過(guò)天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮鳌５湫偷拈喿x器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。

 

三、RFID選型及基本電路框架

 

RFID 作為一項(xiàng)專業(yè)度較高的技術(shù)，在一些公司，可能還會(huì)專門招聘專業(yè)的 RFID 工程師。本篇闡述的涉及到的只是基本選型設(shè)計(jì)、電路框架，關(guān)于 RFID 天線調(diào)試、低功耗檢卡調(diào)試等。

 

NFC(Near Field Communication)芯片選型： 

 

主要考量點(diǎn)：

 

芯片支持的協(xié)議、是否支持低功耗檢卡、是否能過(guò)金融認(rèn)證、芯片價(jià)格 

 

芯片支持協(xié)議：

 

ISO14443A/B、ISO15693、 ISO18092 和 ISO21481 等。

ISO14443A 卡：Mifare 系列、 Ultralight 系列、 Plus 系列、 CPU 卡系列等。

ISO14443B 卡：身份證、 SR176、 SRI512 等。

ISO15693：NXP 的 ICODE 系列、 TI 的 Tag_it HF-I、 ST LRI 等。

ISO18092：包括讀卡模式、卡模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。

ISO21481：在 ISO18092 基礎(chǔ)上兼容 ISO15693 協(xié)議。

LPCD 功能：芯片低功耗檢測(cè)卡片功能。沒有卡片靠近時(shí)，芯片處于低功耗狀態(tài)， 僅需 10uA 電流，就能完成卡片偵測(cè)， 當(dāng)卡片靠近時(shí)，芯片偵測(cè)到卡片，喚醒單片機(jī)讀卡。

金融認(rèn)證：PBOC2.0/3.0 標(biāo)準(zhǔn)、 EMV 標(biāo)準(zhǔn)

 

電路架構(gòu)：

 

NFC 芯片外部電路通常由以下幾個(gè)部分組成：供電電路、通信接口電路、天線電路、振蕩電路；

供電電路：主要包括模擬電源 AVDD、數(shù)字電源 DVDD、發(fā)射器電源 TVDD、引腳電源 PVDD、測(cè)試引腳電源 PVDD2；

a. 如果需要提高發(fā)射功率可提高 TVDD 的電壓，例如 5V 供電的 TVDD 形成的發(fā)射功率會(huì)比 3V 的要強(qiáng)；

b. 芯片的供電電流通常在幾十到幾百 mA，主要的能量消耗在發(fā)射器的電路上。例如 FM175xx 的天線發(fā)射電流在 100mA，RC663 則可以達(dá) 250mA，因此選擇供電芯片、電感器件時(shí)，需要注意留足余量；

c. 讀卡芯片天線 13.56MHz 的正弦波信號(hào)會(huì)干擾電源，為減少傳導(dǎo)干擾，可以在電源端加π型濾波器，但為減少電路設(shè)計(jì)冗余度，一般情況下不添加。 

 

通信接口：

 

通常都支持 SPI/I2C/UART，一般通過(guò)外部引腳配置選擇，為方便升級(jí)，可做兼容設(shè)計(jì)；

 

天線設(shè)計(jì)：

 

天線電路主要由 4 部分組成：EMC 濾波、匹配電路、天線、接收電路。以 FM17550 為例，如下： 

 

 

濾波電路：

 

由 L1、C1 組成的低通濾波器用于濾除 13.56MHz 的衍生諧波，該濾波器截止頻率應(yīng)設(shè)計(jì)在 14MHz 以上。L1 電感不可靠近擺放，以免互相干擾(互感效應(yīng))。濾波電路元件匹配公式：f=1/(2π√LC) 

 

匹配電路：

 

用于調(diào)節(jié)發(fā)射負(fù)載和諧振頻率。射頻電路功率受芯片內(nèi)阻和外阻抗影響，當(dāng)芯片內(nèi)阻和外阻抗一致時(shí)，發(fā)射功率效率最高。C2 是負(fù)載電容，天線感量越大，C2 取值越小。C3 是諧振電容，取值和天線電感量直接相關(guān)，使得諧振頻率在 13.56MHz。 

 

接收電路：

 

C4 濾除直流信號(hào)，R2 和 R3 組成分壓電路，使得 RX 接收端正弦波信號(hào)幅度在 1.5-3V 之間。 

 

天線：

 

由 R1 電阻(通常是 1ohm 或 0ohm)和印制 PCB 組成。

天線越大，讀卡距離越遠(yuǎn)，當(dāng)天線面積達(dá)到 5cm x 5cm 以后，再增大天線，讀卡距離沒有明顯提升。

天線線寬建議選擇 0.5mm - 1mm。天線大于 5cm x 5cm 不能多于 3 圈，小于 3cm x 3cm 不能小于 4 圈

為減小 EMC 輻射干擾，需要將 PCB 走線轉(zhuǎn)角處畫成圓弧。

天線區(qū)域內(nèi)和天線邊緣禁止將信號(hào)、電源、地線畫成圈或者半圓，天線圈內(nèi)不可有大面積金屬物體、金屬鍍膜，避免引起磁場(chǎng)渦流效應(yīng)造成能力嚴(yán)重?fù)p耗。

天線 PCB 繞線方式是相對(duì)的，不是同向。

天線電路設(shè)計(jì)元件的精度應(yīng)控制在 2%以內(nèi)，否則容易導(dǎo)致天線諧振頻點(diǎn)偏差，導(dǎo)致讀卡性能嚴(yán)重下降，產(chǎn)品一致性難以保證

天線大小和讀卡距離關(guān)系

 

 

 

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