CC BY
124188
системы идентификации
www.finestreet.ru
Система радиочастотной идентификации
на поверхностных акустических волнах
Ольга ГУРЕЕВА
В настоящее время радиочастотная идентификация (RFID) является одной из самых динамично развивающихся технологий. Это связано, прежде всего, с широким использованием различных бесконтактных систем регистрации объектов в коммерческих приложениях.
Примерами подобных систем могут служить системы контроля доступа, системы защиты от краж в магазинах, идентификация транспортных средств, им-мобилайзерные системы, идентификация на производстве, системы для автоматизации логистических процессов, некоторые биометрические системы и многое другое.
Одной из наиболее перспективных областей применения радиочастотной идентификации становится глобальная система автоматической идентификации продукции, предложенная исследовательским консорциумом Auto ID Center при Массачусетском технологическом институте. Основным компонентом данной системы является электронный код продукта EPC (Electronic Product Code) — уникальный идентификационный номер, позволяющий присвоить цифровой код каждому предмету в мире. На сегодняшний день установлено два типа электронного кода продукта EPC — объемом в 64 и 96 бит.
В качестве носителя электронного кода продукции Auto ID Center предложил использовать радиочастотные метки (транспондеры), отвечающие следующим требованиям:
• только для чтения (метки содержат только EPC-код);
• пассивные (без батарейного питания);
• официально разрешенные во всех странах мира;
• имеющие устойчивую дальность считывания;
• имеющие очень низкую стоимость. Предложения консорциума были поддержаны большинством технологических компаний, определяющих развитие рынка устройств электронной идентификации. В дальнейшем консорциум передал результаты своих исследований некоммерческой организации EPCGlobal [1], которая продолжила работы по созданию и стандартизации глобальной системы автоматической идентификации с использованием современных сетевых технологий.
Таким образом, всего несколько лет назад был дан старт технологическому мировому чемпионату по созданию универсальной идентификационной метки.
Одним из претендентов на «золотую медаль» и рынок объемом от десяти миллиардов до одного триллиона меток в год является система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах с использованием глобального ПАВ-транспон-дера GST (Global SAW Tag).
Данная система обладает следующими характеристиками:
• высокие дальность и скорость чтения данных с транспондера;
• уникальные идентификационные номера емкостью до 96 бит;
• прочные и недорогие транспондеры небольшого размера;
• помехоустойчивость;
• устойчивость к жесткому радиационному излучению;
• широкий диапазон рабочих температур и практически неограниченный срок службы транспондеров.
Физические принципы работы транспондеров на поверхностных акустических волнах
Работа транспондера на поверхностных акустических волнах основана на пьезоэффекте и распространении на поверхности пьезоэлектрического кристалла поверхностных акустических волн с относительно небольшой скоростью (от 3000 до 4000 м/с, то есть примерно 1/100 000 скорости света).
Пьезоэлектрический эффект (сокращенно — пьезоэффект) наблюдается в анизотропных диэлектриках, преимущественно в монокристаллах некоторых веществ, обладающих достаточно низкой симметрией или имеющих вместо центра симметрии так называемые полярные направления (оси). Пьезоэффектом могут об-
ладать также некоторые поликристаллические диэлектрики с упорядоченной текстурой, например керамические материалы и полимеры. Диэлектрики, обладающие пьезоэффектом, называют пьезоэлектриками. Внешние механические силы, воздействуя в определенных направлениях на пьезоэлектрический кристалл, вызывают в нем не только механические напряжения и деформации (как в любом твердом теле), но и электрическую поляризацию. На поверхностях кристалла появляются связанные электрические заряды разных знаков. При изменении направления механических сил на противоположное становятся противоположными направление поляризации и знаки зарядов. Данное явление называют прямым пьезоэффектом. Пьезоэффект обратим. При воздействии на анизотропный диэлектрик электрического поля соответствующего направления в кристалле возникают механические напряжения и деформации. При изменении направления электрического поля на противоположное соответственно изменяются на противоположные направления напряжений и деформаций. Это явление получило название обратного пьезоэффекта. В пьезоэлектриках вследствие обратного пьезоэффекта исходное переменное электрическое поле вызывает деформацию подложки. Деформация подложки, в свою очередь, из-за прямого пьезоэлектрического эффекта создает дополнительное электрическое поле. Дополнительное электрическое поле запаздывает относительно исходного поля. В результате суперпозиции этих двух полей возникает поле с эллиптически поляризованной составляющей, которое обуславливает возбуждение поверхностной акустической волны.
Поверхностные акустические волны (сокращенно ПАВ) — это упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности твердого тела или вдоль границы твердого тела с другими средами и затухающие при удалении от границ. Поверхностные акустические волны занимают диапазон длин волн
системы идентификации 1189
от 10-5 до 101 см, а их частоты соответствуют области ультразвука. Замечательным свойством поверхностных акустических волн является их невысокая в сравнении с электромагнитными волнами скорость распространения, что позволяет применять к ним математические способы обработки сигнала. Наиболее просто ПАВ возбуждаются и регистрируются в пьезоэлектриках. Пьезоэлектриками являются такие монокристаллы, встречающиеся в виде природных минералов и искусственно выращиваемые, как ни-обат лития ЫЫЬ03 и танталат лития ЫТа03.
Для возбуждения и детектирования ПАВ в различных технических приложениях служат встречно-штыревые преобразователи (ВШП). Они представляют собой нанесенные на пьезоэлектрическую подложку металлические штыри-электроды, как щетки, вставленные друг в друга (рис. 1). (ВШП показан без учета пропорций. Реальная длина электродов в сто и более раз превышает их ширину.)
Принцип работы встречно-штыревого преобразователя заключается в следующем. Электрический Д-импульс, приложенный к ВШП, преобразуется благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту в механическую деформацию поверхности подложки между электродами разной полярности. Эта деформация пропорциональна электрическому полю и распространяется как поверхностная акустическая волна в обоих направлениях, перпендикулярных электродам. Возбуждение ПАВ происходит только в области между электродами, подключенными к разным клеммам. Длина взаимно перекрывающихся частей электродов Ш определяет ширину пучка возбуждаемой ПАВ.
Достоинством ВШП является возможность изменения в широких пределах параметров возбуждаемых ПАВ. Это легко достигается изменением геометрических размеров ВШП и проявляется в виде изменения формы импульсного отклика и частотной характеристики.
Встречая механическую или электрическую неоднородность на поверхности, часть ПАВ отражается. Поверхностная волна, входящая обратно в ВШП, генерирует на его шине в результате прямого пьезоэффекта электрический сигнал. Именно это свойство используется в системах радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах.
Обычно в устройствах на ПАВ используют достаточно много отражающих элементов — рефлекторов (рис. 2).
Рефлекторы реализуются с помощью системы металлизированных полосок на пьезоэлектрической подложке (рис. 3а) или системы канавок (рис. 3б), которые формируют путем травления.
В некоторых случаях элементы рефлектора создаются в виде диэлектрических слоев с использованием метода ионной имплантации.
Транспондер на ПАВ—это однопортовое устройство, состоящее из встречно-штыревого преобразователя и нескольких отражающих полосок — рефлекторов, которые могут быть
созданы с помощью структур плоских электродов на пьезоэлектрических подложках. Обычной подложкой для транспондера на ПАВ является кристалл ниобата лития ЫЫЬ03. Электроды транспондера создаются с помощью фотолитографической процедуры, аналогичной той, что используется в микроэлектронике при производстве интегральных схем.
Схематическое изображение и принцип работы транспондера приведены на рис. 4.
ВШП располагается в конце пьезоэлектрической подложки. К его шинам подключается дипольная антенна транспондера, которая принимает сигнал опроса от ридера (считывателя) и излучает ответный сигнал, генерируемый транспондером на ПАВ.
ВШП используется для выполнения преобразований электрических сигналов в поверхностные акустические волны и обратно.
По остальной длине транспондера ПАВ размещаются отдельные электроды-рефлекторы. Их располагают на поверхности транспондера таким образом, чтобы кодировать данные транспондера, используя задержку во времени, амплитуду и фазу.
Когда транспондер попадает в зону действия ридера, то часть излучаемой ридером энергии принимается антенной транспондера и поступает к выводам ВШП в виде высокочастотного импульса напряжения.
ВШП преобразует часть этой принятой энергии в поверхностную акустическую волну, которая распространяется в кристалле под прямым углом к электродам ВШП. Для преобразования большего количества принятой транспондером электромагнитной энергии в акустическую энергию необходимо, чтобы частота передачи ридера соответствовала частоте колебаний поверхностной волны, генерируемой ВШП.
На дальнейшее распространение ПАВ по поверхности пьезоэлектрического кристалла оказывают воздействие рефлекторы. Небольшая часть поверхностной волны отражается от каждого рефлектора и движется обратно по кристаллу в направлении ВШП. Оставшаяся часть поверхностной волны продолжает двигаться к концу подложки и там гасится.
Таким образом, из одного импульса опроса генерируется несколько ответных импульсов, причем каждый рефлектор создает свой импульс в ответном сигнале транспондера.
Эта последовательность импульсов, полученная ВШП и преобразованная в высокочастотную последовательность электромагнитных импульсов, излучается антенной транспондера и может быть принята ридером. Число принимаемых импульсов соответствует числу рефлекторов на подложке.
Следует особо отметить, что время задержки между отдельными импульсами пропорционально пространственному расстоянию между рефлекторами на подложке, и поэтому пространственное расположение рефлек-
Рис. 3. Рефлекторы: a) в виде металлизированных полосок на пьезоэлектрической подложке; б) в виде канавок, формируемых методом травления
уР
А Ридер
Я/,
ВЧ импульс опроса
Дипольная антенна
«х/и/и/и/и
ВЧ импульс ответа
Импульсы ПАВ / Рефлекторы
Пьезоэлекгричексий
Рис. 4. Принцип работы транспондера на ПАВ
а)
б)
190 I системы идентификации
торов может представлять двоичную последовательность цифр, которая в простейшем случае равна идентификационному коду транспондера (количество различных кодов равно величине 2n-1, где n — число рефлекторов на подложке).
Расположение рефлекторов и, тем самым, считываемый код определяются при изготовлении устройства. Поэтому транспондеры ПАВ принадлежат к категории транспондеров «только чтение» (read only). Емкость хранения данных и скорость передачи данных транспондера на ПАВ зависят от размера подложки и минимального реализуемого расстояния между рефлекторами. Обычный транспондер на ПАВ передает около 16 или 32 бит со скоростью передачи З00 кбит/с.
Как уже отмечалось, в начале взаимодействия с транспондером ридер посылает мощный радиоимпульс опроса. Первыми на ридер возвращаются эхо-сигналы, возникающие в результате отражений радиоимпульса опроса от металлических поверхностей окружающих предметов.
В связи с невысокой скоростью распространения поверхностных волн по подложке, первый ответный импульс транспондера принимается считывателем с задержкой, равной примерно 1,5 мс. Для сравнения: временной задержки в примерно 0,66 мкс вполне достаточно, чтобы произошло затухание помех в радиусе 100 м вокруг ридера.
Таким образом, ответный сигнал транспондера приходит, когда все отражения от окружения ридера давно прекратились, и подобного рода помехи не вносят ошибки в последовательность ответных импульсов от транспондера.
Транспондеры на ПАВ являются полностью линейными устройствами и отвечают на импульс опроса с определенной фазой. Более того, фазовый угол ф2-1 и дифференциальное время распространения между т2-1 отраженными индивидуальными сигналами сохраняют постоянное значение. Это важное свойство позволяет увеличить дальность действия транспондера на ПАВ методом усреднения слабых ответных сигналов транспондера на многие импульсы опроса. Операция считывания занимает микросекунду, поэтому за секунду может быть выполнено несколько сотен тысяч циклов чтения.
Использование ISM (Industrial, Science, Medical) — микроволнового диапазона частот 2,4-2,45 ГГц позволяет реализовать остронаправленные антенны ридеров и транспондеров. Это также увеличивает дальность действия системы радиочастотной идентификации на ПАВ.
Ридеры транспондеров на ПАВ
Функциональная схема ридера для транспондеров на основе ПАВ показана на рис. 5.
В качестве высокочастотного источника используется генератор колебаний стабильной частоты и фазы с резонатором ПАВ. Быстрый
Квадратный
демодулятор
Рис. 5. Функциональная схема ридера для транспондеров на основе ПАВ
переключатель на эффекте Холла формирует из сигнала генератора короткие ВЧ-импуль-сы длительностью около 80 нс, которые усиливаются выходным усилителем мощности У1 до 36 дБм (максимум 4 Вт) и излучаются антенной считывателя. Оказавшись в зоне действия ридера, после некоторой временной задержки транспондер на ПАВ начинает отражать последовательность из отдельных импульсов. Эти импульсы принимаются антенной считывателя. Далее импульсы проходят через малошумящий усилитель У2. Затем де-модулируются квадратурным демодулятором. С выхода квадратурного демодулятора снимаются две ортогональные компоненты I и Q, которые позволяют определить фазовый угол между отдельными импульсами, а также между импульсами и генератором.
Полученная информация может быть использована для определения расстояния или скорости между транспондером на ПАВ и ридером. АЦП преобразовывает ортогональные компоненты I и Q из аналоговой в цифровую форму и передает их на микроконтроллер.
Схема ридера, приведенная на рис. 5, соответствует структуре импульсной радиолокационной станции (РЛС). При создании ридеров для транспондеров на ПАВ прорабатывается возможность применения принципов других типов РЛС. Варианты дальнейшего совершенствования технологии предполагают использование так называемых сложных сигналов, а именно сигналов с линейной частотной модуляцией, или фазо-кодо-моду-лированных сигналов [3].
Варианты кодирования данных в транспондерах на ПАВ
В транспондерах на ПАВ применяются в основном следующие методы кодирования данных: кодирование методом включения-выключения импульса (а) и кодирование временной позиции импульса (Ь).
(а) В простейших транспондерах на ПАВ используется метод кодирования данных включением-выключением импульса, при котором каждая возможная позиция
импульса кодирует один бит данных. Типичная конфигурация ПАВ-транспон-дера была дана на рис. 4. Наличие или отсутствие импульса в ответном сигнале ПАВ-транспондера определяется топологией расположения рефлекторов на пьезоэлектрической подложке. Каждый рефлектор создает свой импульс в ответном сигнале ПАВ-транспондера, при этом время задержки между отдельными импульсами пропорционально пространственному расстоянию между рефлекторами на подложке. Промежутки, свободные от импульсов, отсутствуют. Размещая соответственным образом рефлекторы на подложке, можно сформировать требуемый двоичный код, представляемый последовательностью импульсов ответного сигнала транспондера.
(Ь)В коммерческих RFID-системах на ПАВ (например, система 0К-Ш немецкой компании Ваишег ИеП ОшЬН [4]) используется метод кодирования временной позиции импульса.
В этом случае необходим так называемый импульс начала (стартовый импульс), чтобы обеспечить временную синхронизацию для остальных импульсов данных. Каждый импульс может занимать одну из 4 возможных временных позиций (рис. 6). Соответствующая группа данных из 2 битов кодируется этим импульсом. Между группами данных существуют промежутки, свободные от импульсов.
При данном методе кодирования ширина импульсных слотов увеличивается примерно в два раза, чтобы обеспечить четкое разделение смежных позиций, которые могут занимать импульсы.
В целом, кодирование временной позиции импульса и кодирование включением-выключением импульса обеспечивают примерно одинаковую плотность данных на единицу времени. Однако преимуществом метода кодирования временной позиции импульса является 50-процентное уменьшение импульсов данных, что означает 50-процентное уменьшение числа рефлекторов на транспондере. Благодаря использованию ограниченного числа рефлекторов улучшается детек-
системы идентификации 1191
тирование данных (в каждой группе данных существует только один импульс) и обеспечивается постоянство амплитуд импульсов данных. Несмотря на то, что каждый рефлектор слегка уменьшает амплитуду сигнала, постоянное число рефлекторов означает, что импульсы сигнала, которые порождаются последними рефлекторами, всегда имеют постоянную амплитуду.
Характеристикой кодирования данных в существующих транспондерах на ПАВ является временной интервал между разрешенными позициями импульсов, который примерно равен длительности этих импульсов (1/AF, где AF — полоса пропускания всей системы). Рефлекторы, используемые в этих устройствах, имеют ширину, которая намного меньше эквивалентной длительности импульса. Поэтому интересно рассмотреть способы более плотного расположения рефлекторов на подложке с целью увеличения емкости данных транспондера на ПАВ. Однако при существующих методах модуляции получающийся малый временной интервал между импульсами затрудняет процедуру декодирования, поскольку наложение соседних позиций импульсов может превысить 90%. Эта проблема преодолевается ПАВ-транспондером с большой емкостью данных [5].
Транспондеры на ПАВ с большой емкостью данных
Создание первых кодированных устройств на ПАВ и использование их в качестве пассивных транспондеров для систем радиочастотной идентификации относится к 70-м годам прошлого века.
За прошедшие 30 лет университеты и коммерческие фирмы разработали немало различных вариантов транспондеров на ПАВ для RFID-систем [6].
Существенным недостатком предложенных ранее систем электронной идентификации на ПАВ является ограниченный набор уникальных идентификационных номеров, реализуемых на транспондере.
Современные ПАВ-транспондеры с большой емкостью данных решают эту и ряд других проблем. Примером транспондера с большой емкостью данных служит глобальный транспондер на ПАВ — GST (Global SAW Tag) американской компании RF SAW Inc.
Основным отличием GST-транспондера от ПАВ-транспондеров предыдущих поколений является применение новых приемов кодирования с более высокой плотностью данных и большим числом бит для каждого импульса сигнала. Это стало возможным благодаря методу цифровой модуляции, основанной на использовании импульсов с частичным перекрытием во времени с применением одновременного фазового сдвига. GST-транспондер располагает большим количеством бит данных, имеет более низкие
Импульс
начала
1 -я группа данных
2-я группа данных
Время
м/ / Короткие такты
. V >
I____________________________________[
, , , | -s Все такты сопровождаются
ТІ I ‘Pj+l I Tj+2 I 9j+3 I j скочкоми фозы
Рис. 6. Кодирование временной позиции импульса в транспондере на ПАВ
вносимые потери и меньшую площадь кристалла, что заметно снижает его стоимость.
На рис. 7 показан пример кодирования данных, используемого в глобальном ПАВ-транспондере. Можно указать ряд особенностей этого метода по сравнению с представленным на рис. 6:
• допускается намного больше временных позиций импульса;
• длительность такта намного меньше длительности импульса;
• каждый малый такт сопровождается скачком фазы;
• в группе используется два или более импульсов;
• допускается некоторое перекрытие импульсов при условии, что промежуток между импульсами достаточен для выполнения критерия Найквиста. Импульсная характеристика Ь(£) такого
транспондера может быть представлена как сумма членов, которые зависят от амплитуды А, огибающей Е ($, времени задержки т } до центра каждого импульса, круговой средней частоты ю, и фазы в, гармонических составляющих каждого импульса:
h(t) = 2 AjE(t- т;-) sin(ro(t- т,) + ©7)
j=0
В рассматриваемых ниже примерах принимается, что определенные переменные, такие как А, =А; Е}(1) = Е(); ю, = ю0 не зависят от индекса ,.
Кроме того, такт т+ = т, выбирают так, чтобы он был намного меньше длительности огибающей Е(^). Однако, чтобы соответствовать критерию Найквиста, минимально допустимое расстояние между импульсами должно быть увеличено во избежание чрезмерного искажения фазы на вершине любого
заданного импульса из-за частичного перекрытия соседним импульсом.
Данный метод цифровой модуляции получил название модуляции, основанной на использовании импульсов с частичным перекрытием во времени с применением одновременного фазового сдвига, — TOPPS (Time Overlappedpulse with simultaneous Phase offset modulation).
Модуляция TOPPS идеально подходит для кодирования поперечной линии задержки ПАВ-транспондеров.
Aj соответствует напряженности рефлектора, т , — временной позиции рефлектора и — радиочастотной фазе рефлектора.
Если рефлекторы достаточно широкополосны (то есть имеют малую временную протяженность), то в этом случае каждый рефлектор физически отделен от своих соседей, что упрощает изготовление транспондера. Огибающая Ej (t) импульса имеет намного более узкую полосу частот, чем отдельные рефлекторы и, соответственно большую временную протяженность.
В нижней части рис. 7 показаны фазы ф, временных отрезков, которые являются фазами модулирующего сигнала каждого импульса. Эти фазы модулирующего сигнала имеют важнейшее значение для функционирования транспондера и последующего декодирования данных. Фаза ф, определяется выражением:
ф, = а
roo x т.
С8Т-транспондер обеспечивает надежное декодирование данных, несмотря на тот факт, что временные такты т, намного меньше длительности огибающей Е(г) импульса. Надежное декодирование достигается тем, что расстояние ошибки детектирования между соседними состояниями значительно увеличено благодаря соответствующему детектированию фазы.
Импульс /№ч начала [ 1\ \ / \ \ Д' / И Время
ч / 1 ш с с с і ИНН оо 1 01 1 ю 1 к — с с с > [Z
j ^ J ^ J
"V 1 -й импульс данных "V 2-й импульс данных "V 3-й импульс данных
Рис. 7. Кодирование данных с использованием модуляции TOPPS
192
системы идентификации
Число состояний Ы, которые возможны для одной импульсной группы данных, зависит от числа I временных слотов в импульсной группе данных, числа импульсов М в этой группе данных и минимального числа К незанятых слотов, которые должны существовать между импульсами, чтобы соответствовать критерию Найквиста:
Ы= [(Ь-(М-1)К)!] / (Ь-(М-1)К-М)!М!]
Для оптимизации значений вышеуказанных переменных должны учитываться следующие параметры:
• число бит данных В = т1(^2Ы) (бит);
• плотность бит В = В/(Д^!+К)/ДР (бит/с/Гц);
• эффективность использования импульсов Е = В/М (бит/импульс);
• коэффициент разделения импульсов
5 = ДЕД<1+К), 5 >= 1;
• коэффициент качества, мера общей эффективности Н = ВЕ.
В приведенных выше уравнениях Дt является продолжительностью временного слота, ДЕ — полосой пропускания системы, ДТ = Д^!+К) — общей продолжительностью группы, Д^1+К) — минимальным допустимым разделением между двумя импульсами.
На надежность декодирования данных существенное влияние оказывает значение коэффициента разделения импульсов 5. Надежное декодирование сигналов транспондера на ПАВ требует, чтобы вблизи максимума любого импульса данных фаза этого импульса не была искажена из-за перекрытия его соседними импульсами. В идеальной системе при 5 = 1 соседние импульсы с минимальным расстоянием друг по отношению к другу должны лишь начать перекрытие вершины данного импульса. Однако коэффициент разделения импульсов 5 приходится устанавливать >1, в связи с тем, что реальные системы, во-первых, неидеальны, во-вторых, вероятно будут использовать формирование спектра для уменьшения боковых составляющих (что увеличивает значение 5), а в-третьих, нуждаются в приемлемых ограничениях ошибок синхронизации для выполнения демодуляции.
В таблице 1 приведены числовые значения параметров транспондеров для случая кодирования транспондера на ПАВ предыдущего поколения и двух вариантов кодирования транспондеров 08Т1 и 08Т2.
В таблице 1 все группы имеют одинаковую суммарную продолжительность ДТ и полосу пропускания ДК Коэффициент разделения сохраняется неизменным (5 = 2) в первых двух случаях и имеет более практическое значение в третьем случае.
В варианте ОвТ2 улучшена эффективность использования импульсов Е в 2 раза, а также увеличена плотность битов В в 4 раза. Два последних параметра крайне важны, так как экспоненциально влияют на количество
Таблица 1. Сравнение параметров транспондеров на ПАВ
Параметр Транспондер на ПАВ предыдущего поколения GST1 GST2
ДР, МГц 40 40 40
ДТ, нс 125 125 125
Д1, нс 25 2,5 2,5
Б - разделение 2 2 1,4
1_ - слоты 4 31 37
М - импульсы 1 2 2
К - пустые слоты - 19 13
N - состояния 4 бб 27б
В - биты 2 б 8
Е - эффективность 2 3 4
Р - плотность 0,4 1,2 1,б
Н - качество 0,8 3,б б,4
уникальных идентификационных номеров транспондера.
Например, если небольшой по размеру транспондер на ПАВ имеет длительность кодирования І мкс, то это соответствует восьми приведенным выше группам. Для транспондеров на ПАВ предыдущего поколения это дает б,5хІ04 уникальных идентификационных номеров транспондера (І6 бит), в то время как для GST2 транспондера это уже составляет І,8хІ0І9 уникальных идентификационных номеров (64 бит).
Глобальная система радиочастотной идентификации на основе ПАВ-технологии
Глобальная система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах (Global SAW Tag RFID System), разработанная компанией RF SAW Inc., является на сегодняшний день уникальной RFID-системой.
Система работает на частоте 2,4 ГГц, что позволяет использовать ее в глобальных коммерческих приложениях, таких как автоматизированное управление цепочками поставок (SCM — supply chain management). Система предлагает самую большую дальность считывания данных в сочетании с высокой скоростью и точностью. Транспондеры RF SAW Inc. могут использоваться в жестких условиях эксплуатации. Они устойчивы к радиационному излучению и работают в расширенном диапазоне температур. Транспондер на основе технологии поверхностных волн является в полном смысле слова пассивным устройством, в котором благодаря пьезоэлектрическому эффекту короткий высокочастотный импульс напрямую считывает кодированную последовательность отражающих элементов, активизированных без использования внешней энергии. Поэтому транспондеры на ПАВ не имеют ограничений, присущих транспондерам на интегральных схемах (ИС), которые должны получать энергию для питания микросхемы от мощного непрерывного радиосигнала ридера. Транспондеры на ПАВ устойчиво читаются, даже если мощность сигнала ридера невелика или сигнал временно прерывается (как это часто встречается в реальных
Таблица 2. Технические характеристики системы RFID на основе технологии ПАВ компании RF SAW Inc.
Параметр Описание
Система
Элемент транспондера ПАВ-устройство на пьезоэлектрическом кристалле
Ридер Ридер, использующий адаптивную цифровую модуляцию и работающий в диапазоне ISM 2,44 ГГц
Антенны ридера Плоские панели, либо антенны сулучшенными рабочими характеристиками (под заказ)
Дальность считывания От 3 до 20 метров в зависимости от компонентов системы
Антиколлизия Многоуровневый протокол временного, пространственного и кодового разделения данных
Обнаружение ошибок 1б-битовое кодирование
Электромагнитная совместимость Короткие, с низким потреблением мощности, импульсы опроса минимизируют помехи; мониторинг спектра позволяет адаптивно исключать посторонние сигналы; цифровая фильтрация помех
Транспондер
Совместимость с EPC Емкость данных б4 и 9б бит
Коммерческое применение 24-, 32-, 48-, б4-, 9б-битные данные
Диапазон температур -100...+200 °С
Радиационная стойкость До 5 Мрад
Ридер
Диапазон частот 2,4-2,483 ГГц
Выходная мощность Регулируемая, максимально 125 мВт
Ввод/вывод данных RР-порт 3Tx/3Rx, расширяемый до 3Тх/12^х; порт данных 100Ваве-Т, RJ45, локальный RS232, 2 удаленных порта ввода пусковых импульсов и 2 выходных управляющих порта
Скорость чтения данных Получение данных 1000 транспондеров/с, декодирование данных 200 транспондеров/с
Индикаторы Индикация мощности, аварийного состояния, состояния чтения
Источники питания 12-24 В РС, 40 Вт максимум
Рабочая температура -20...+50°С
условиях). Эти свойства транспондеров позволяют существенно увеличить дальность действия и надежность RFID-систем на ПАВ по сравнению с аналогичными системами на ИС. Кроме того, ридер системы RFID на ПАВ способен определять скорость, направление движения и расстояние до транспондера.
Технические характеристики глобальной системы радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах компании RF SAW Inc. приведены в таблице 2. ■
Литература
1. Electronic Product Code (EPC). www.epcglobalinc.org.
2. Finkenzeller K. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. Second Edition. John Wiley & Sons Ltd. 2003.
3. Джхунян В. Л., Шаньгин В. Ф. Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты. М.: Издательство АСТ. 2004.
4. OIS-W, System from Baumer Ident, AG. www.baumerident.com.
5. Hartman C. S. A Global SAW ID Tag with Large Data Capacity. IEEE Ultrasonic Symposium. Munich, Germany. October, 2002.
6. Schmidt F., Scholl G. Wireless SAW Identification and sensor systems. Advances in SAW Technology, Systems and Applications. Vol. 2. London. World Scientific Publishing Inc. 200І.
