RFID 系統(tǒng)存在著無數(shù)的變體,也存在許多開發(fā)和制造商。如果想要對RFID系統(tǒng)有一個整體的了解,必須首先知道如何區(qū)分這些不同類型的RFID 系統(tǒng)。
圖3.1是一個RFID體系分類的示意圖。
圖表 3?4 各種不同的RFID系統(tǒng)
RFID系統(tǒng)的運行基于兩種模式:全雙工(FDX)/半雙工(HDX)模式和順序模式 (SEQ)。
在全雙工和半雙工模式下,收發(fā)器的響應(yīng)在閱讀器的RF域打開的時候是按廣播方式運作的。因為從收發(fā)器到閱讀器天線的信號和閱讀器自身信號相比是非常微弱的,所以必須采取適當(dāng)?shù)膫鬏敺绞絹韺⑹瞻l(fā)器的信號和來自于其他閱讀器的信號相區(qū)分。實踐中,從收發(fā)器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制(load modulation)的方式,它使用副載波,以及閱讀器傳輸頻率的分諧波。
對此對應(yīng),順序方式使用在閱讀器RF域按規(guī)則的間隔關(guān)閉的場合。這個間隔將被收發(fā)器識別,然后被用來從收發(fā)器向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)。這種方式的缺點是,如果傳輸終端則收發(fā)器將失去電力,所以必不采取其他備用供電方式或者電池以保證收發(fā)器的供電的平滑性。
RFID 收發(fā)器的數(shù)據(jù)容量通常從數(shù)byte 到數(shù)K byte。所以1-bit 收發(fā)器則是這種規(guī)則的例外。實際只有1-bit的數(shù)據(jù)量已經(jīng)足夠用來向閱讀器標(biāo)識兩種狀態(tài)了: 即“收發(fā)器在域中”或者“收發(fā)器不在域中”。當(dāng)然,這對于滿足簡單的監(jiān)控或者信號發(fā)送功能已經(jīng)足夠。因為1-bit transponder 不需要電子芯片,這些transponders 便可以非常便宜的制造,甚至幾分之一美分的價格。基于此原因,所以在Electronic Article Surveillance (EAS)系統(tǒng)中使用了大規(guī)模的1-bit transponder以保護(hù)貨物在商店和交易中的狀況。 如果某人試圖將為付款的商品帶離商店,那么裝載出口的閱讀器將識別到'transponder in the field'的狀態(tài),并采取必要的反應(yīng)。而在正常收費后,1-bit transponder 將被去除或者予以禁止。
能否將數(shù)據(jù)寫到transponder 中向我們提供了另一種分類RFID 系統(tǒng)的方式。在簡單系統(tǒng)中, transponder的數(shù)據(jù)記錄通常是簡單的序列編碼,并且可以是在芯片制造時寫入的,而且在隨后不能修改。用來存儲數(shù)據(jù)的主要的方式是:在感應(yīng)耦合的RFID 系統(tǒng)中,EEPROM占了統(tǒng)治地位。但是其缺點是在寫操作時功耗很高,以及有限的寫入周期壽命限制 (通常是100 000 到1 000 000)。FRAM最近也被用在隔離的場所。FRAM的讀取功耗是EEPROM的100 分之1,而寫入功耗則比后者低1000 倍。但是其制造比較困難,因此限制了市場的廣泛使用。
特別是在微波系統(tǒng)中,則普遍使用 SRAM來作為數(shù)據(jù)存儲媒介。其優(yōu)點是極快的數(shù)據(jù)讀寫速度,而缺點則是必須要使用輔助電力供應(yīng)以便保持?jǐn)?shù)據(jù)的持久性。
在可編程系統(tǒng)中,對存儲器的讀寫訪問和其他讀寫授權(quán)必須由數(shù)據(jù)載體的內(nèi)部邏輯進(jìn)行控制。在最簡單的場合中,這些功能可以通過狀態(tài)機來實現(xiàn)。狀態(tài)機也可以是下復(fù)雜的邏輯順序。但是狀態(tài)機方式則不夠靈活,因為以編程狀態(tài)的變更必須要隨之進(jìn)行芯片電路的變更。實際應(yīng)用中將導(dǎo)致芯片重新布局,并產(chǎn)生額外的費用。
微處理器的使用可以改善這種狀況。在處理器制造時,將使用掩模的方式采用一個操作系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)。因此變更可以更加便宜的實現(xiàn),并且軟件可以重新編程以適應(yīng)不同的應(yīng)用。
對于非接觸式智能卡來說,使用狀態(tài)機的數(shù)據(jù)載體一般存儲卡(memory card),而與之對應(yīng)的則是處理器卡(processor card)。
這里還應(yīng)該提及那些使用物理效應(yīng)來存儲數(shù)據(jù)的transponder。包括只讀表面聲波transponder 和通常可以禁止(設(shè)置為0)但是不能重新激活(設(shè)置為1)的1-bit transponder。
RFID 系統(tǒng)的一個重要特征是transponder的供電。被動transponder 自身沒有電源,因此操作被動 transponder 所需的所有電力必須來自于reader的電/磁場。相反,主動transponders 自己有輔助供電措施,如電池,可提供其自身運行所需的部分或者全部電力。
RFID 系統(tǒng)的主要特征之一是系統(tǒng)的運行頻率和有效范圍。RFID 系統(tǒng)的運行頻率是reader 所發(fā)射的頻率。而transponder 的發(fā)射頻率則不重要。在大多數(shù)情況下,它和reader的發(fā)射頻率是相等。但是, transponder的發(fā)射功率通常設(shè)置為比reader的發(fā)射功率還要低10的幾次方。
將不同的發(fā)射頻率分為3個主要頻段:LF (低頻, 30–300 kHz), HF (高頻)/RF 射頻 (3–30 MHz) 和UHF (甚高頻, 300 MHz–3 GHz)/微波(>3 GHz)。 根據(jù)有效范圍的進(jìn)一步區(qū)分還可以將RFID 系統(tǒng)區(qū)分為緊密耦合(0–1 cm), 遠(yuǎn)耦合(0–1 m), 和長距離耦合(>1 m) 系統(tǒng)。
從transponder 發(fā)送數(shù)據(jù)到reader的方式可分為3類:
- 使用反射或反向散射(即對應(yīng)于reader發(fā)射頻率的反射波的頻率→ 頻率比1:1)
- load modulation (reader的場受到transponder的影響 → 頻率比 1:1),
- 在transponder中使用分諧波(1/n fold) 和諧波的產(chǎn)生(n-fold) 。