RFID簡介

射頻標簽是產品電子代碼（EPC）的物理載體，附著于可跟蹤的物品上，可全球流通并對其進行識別和讀寫。RFID（Radio Frequency Identification）技術作為構建“物聯網” 的關鍵技術近年來受到人們的關注。

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型（雷達發射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。

無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池;也有標簽本身擁有電源，并可以主動發出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

RFID電子標簽的閱讀器通過天線與RFID電子標簽進行無線通信，可以實現對標簽識別碼和內存數據的讀出或寫入操作。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象;

讀寫器（Reader）：讀取（有時還可以寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式;

天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

圖一：RFID系統原理圖

無源RFID產品發展最早，也是發展最成熟，市場應用最廣的產品。比如，公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門禁卡、二代身份證等，這個在我們的日常生活中隨處可見，屬于近距離接觸式識別類。其產品的主要工作頻率有低頻125KHZ、高頻13.56MHZ、超高頻433MHZ，超高頻915MHZ。

有源RFID產品，是最近幾年慢慢發展起來的，其遠距離自動識別的特性，決定了其巨大的應用空間和市場潛質。在遠距離自動識別領域，如智能監獄，智能醫院，智能停車場，智能交通，智慧城市，智慧地球及物聯網等領域有重大應用。有源RFID在這個領域異軍突起，屬于遠距離自動識別類。產品主要工作頻率有超高頻433MHZ，微波2.4GHZ和5.8GHZ。

空中接口通信協議規范讀寫器與電子標簽之間信息交互，目的是為不同廠家生產設備之間的互聯互通性。ISO/IEC制定五種頻段的空中接口協議。

無源RFID設計案例

在當前的技術應用中，應用最多最廣泛的還是無源RFID的產品。在許多應用到無源RFID的電路設計中，很多情況下是選用13.56MHZ的RC522模塊，這是一款應用廣泛的無源RFID模塊。對于RC522的應用電路，是使用3V3的直流電源供電，然后將接收到的信息通過SPI接口進行通信。應用原理圖如下圖二所示：

圖二：RC522應用原理圖

13.56MHZ天線電路包括信號接收電路和信號發射電路，信號發射電路分為EMC濾波部分、匹配電路部分和線圈電路部分。

發射電路：信號發射部分可細分為EMC濾波電路、諧振與阻抗匹配電路、線圈三部分。其中：

EMC濾波電路：主要是由LC低通濾波電路組成低通濾波器，讀卡芯片經由TX1和TX2送出的天線信號主要是13.56Mhz，但是不可避免也會有高次諧波存在。所以該部分的低通濾波器主要作用就是濾除高于13.56Mhz的無用信號。這樣即有利于讀卡器與卡片之間的正常通信，也能減少天線部分對空間或者附近電路的電磁干擾。

匹配電路：此部分主要是調整整個天線發射部分的諧振頻率點到13.56Mhz附近，這樣可以使得線圈上的信號幅度增加有利于磁場輻射。另外匹配電路還要將發射部分電路的電阻匹配到與讀卡芯片的輸出電阻附件，典型的是50歐姆（不同芯片不一樣）。這樣可以使得天線部分獲得最大功率有利于讀卡距離提升。

線圈：線圈可以是PCB線圈或者銅線繞制線圈。

接收電路：信號接收電路比較簡單，由四個元器件構成，Cmin電容可穩定讀卡芯片內部提供的固定參考電壓Vmin，R1則將此參考電壓引入到RX引腳，為芯片的接收信號添加固定直流電平，CRx則從發生電路引入反饋信號與Vmin疊加后送入芯片內部。通過調節R2和R1的比值可以調節Rx腳信號的幅度，使得芯片的讀卡距離最佳。

在PCB設計時還要注意以下幾點：

整個發射部分電路一定要注意對稱設計，從Tx1和Tx2出來的兩路信號的走線長度盡量做到一致。

兩只電感應該用0805以上的封裝，以保證有足夠的電流通過（680nH/0805），否則不利于遠距離讀卡。

PCB線圈的長寬視具體情況而定，如果電路板不受模具限制可設計為與普通卡片長寬一致，如果線圈大小受限制也可減小線圈面積。一般原則是設計為與所讀的卡片大小一致最好;再說線圈的圈數問題，長寬在3x3cm以上4圈即可，過多反而不好調整參數。如果是在3x3cm以下可以將圈數增加至6圈或者更多;PCB線圈走線寬度在0.5mm~1mm之間，間距與線寬相同即可，另外線圈拐角以圓弧過渡最好。

線圈部分，不可大面積敷銅，否則會引起磁場渦流效應造成能量嚴重損耗要注意線圈作用范圍內（線圈周圍全部空間）不可有大面積的金屬元件、金屬物體、金屬鍍膜等。

整個發射電路所有器件的地必須連接到同一根地線上并且返回芯片的TVSS腳，且天線電路器件附近不可大面積覆銅，器件之間以導線連接。

總結

在物聯網技術不斷發展的這個時代，RFID作為一個物聯網中采用的感知層技術，與物聯網有著不解之緣。近年來，RFID技術也極大地增加物聯網的功能，豐富了物聯網的內涵，物聯網的發展也推動了RFID技術的發展應用，如針對生鮮物品、藥物等“物”對物聯網提出的特殊要求，RFID標簽不但能夠提供商品的靜態信息，還能提供商品所在位置以及周圍的溫度、濕度等動態信息，大大提高了RFID標簽的智變度。目前采用RFID感知層的物聯網已實現了“人與人”通信與“人與物”通信，但要在未來的物聯網中要實現“物與物”通信與互動，必須提升裝在“物”上使“物”智能化的RFID標簽的智能化水平。此外，標準化、互操作性、協議、法規以及連接技術等，仍有待提升和完善。

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