패시브 RFID를 처음 접하는 사람들에게는 다음과 같은 일반적인 질문이 제기됩니다. RFID 태그에는 배터리가 없기 때문에 실제로 칩에 전원을 공급하는 것은 무엇입니까? 대답은 태그가 자체적으로 전기를 생성한다는 것이 아닙니다. 오히려 RFID 판독기에서 방출되는 전자기장에서 제한된 RF 에너지를 수확하고 이를 칩에서 사용할 수 있는 DC 전압으로 변환합니다. 이 프로세스를 RF 에너지 수확-또는 태그를 통한 무선 전력 획득이라고 합니다.
RFID 태그 안테나 설계, 칩 패키징 및 애플리케이션 테스트에 대한 Xminnov의 광범위한 경험을 바탕으로 판독 범위, 재료 호환성, 칩 감도 및 안테나 크기와 같은 요소는 모두 궁극적으로 태그가 실제 작동 위치에서 충분하고 안정적인 에너지를 얻을 수 있는지 여부라는 근본적인 문제에 달려 있습니다.
따라서 RFID 태그 전력 수확을 이해하려면 "패시브 태그에는 배터리가 필요하지 않다"는 단순한 사실을 넘어서는 것이 필요합니다. 시스템 성능을 실제로 결정하는 것은{1}리더의 전송 전력에서 태그 안테나, 임피던스 매칭, 정류, 전력 관리, 칩 시작 및 후방 산란 통신에 이르는 전체 에너지 체인입니다.
RFID 태그 전력 수확이란 무엇입니까?
RFID 태그 전력 수확은 RFID 태그가 판독기에서 생성된 RF(무선 주파수) 전자기 에너지를 활용하여 내부 전자 회로에 작동 전력을 제공하는 프로세스를 의미합니다. 예를 들어 일반적인 패시브 UHF RFID 태그를 사용하십시오. 일반적으로 기존 배터리가 부족합니다. 리더가 안테나를 통해 RF 신호를 우주로 방출하면 태그 안테나가 해당 에너지의 일부를 포착합니다. 안테나는 전자기파를 RF 전기 신호로 변환합니다. 그런 다음 RF 인터페이스와 정류 회로를 통과하여 고주파-주파수 AC 신호를 DC 전압으로 변환합니다. 칩의 시작 조건이 충족되면 태그의 내부 디지털 로직, 메모리 및 기타 기능 모듈이 작동하기 시작합니다.
동시에 태그는 Wi-Fi 기기처럼 통신을 위한 새로운 무선 통신업체를 적극적으로 생성하지 않습니다. EPC Gen2/ISO 18000-63을 준수하는 패시브 UHF 태그의 경우 데이터 전송은 주로 리더가 감지할 수 있는 다양한 반사 상태를 생성하기 위해 안테나 터미널의 임피던스를 수정하는 "후방산란"을 통해 달성됩니다. GS1 EPC Gen2 사양은 태그와 인터로게이터 간의 통신 메커니즘으로 후방 산란 변조를 명시적으로 채택합니다. 엔지니어링 관점에서 패시브 RFID 태그는 두 가지 순차적 작업을 효과적으로 수행합니다.
첫째, 리더의 RF 장에서 에너지를 수확합니다. 그런 다음 해당 에너지를 활용하여 칩 작동에 전력을 공급하고 후방 산란 통신을 촉진합니다.
이는 RFID 태그의 '읽기 범위'가 단순히 안테나 크기와 동일시될 수 없는 이유를 설명합니다.-안테나가 크다고 자동으로 더 긴 범위가 보장되지는 않습니다. 태그는 먼저 칩을 작동 상태로 만들기에 충분한 RF 입력 전력을 확보해야 하며, 이후 판독기가 후방 산란 신호를 안정적으로 감지할 수 있는지 확인해야 합니다.
어떻게RFID 태그RF 에너지를 전력으로 변환합니까?
회로 아키텍처 측면에서 일반적인 패시브 RFID 태그는 다음과 같이 단순화될 수 있습니다.RFID 안테나 → 임피던스 매칭 → 정류기 → DC 전원 관리 → RFID IC.
태그 안테나는 리더에서 생성된 전자기 에너지를 포착하는 역할을 합니다. UHF RFID의 경우 안테나는 일반적으로 특정 주파수 대역용으로 설계된 전도성 구조(인쇄 또는 에칭)인 반면, HF/NFC 태그는 코일 안테나를 사용하여 근거리 자기장 결합을 통해 에너지를 수확하는 경우가 많습니다.
안테나에서 캡처한 RF 신호는 디지털 칩에 전원을 공급하는 데 직접 사용할 수 없습니다. RFID IC 내부에서 RF 입력은 상대적으로 안정적인 DC 전압으로 변환되기 위해 정류 및 전력 관리를 거쳐야 합니다. RF 전력 공급에 대한 연구에 따르면 일반적인 아키텍처는 안테나, 공진 구조 및 정류기 회로를 활용하여 전자기 에너지를 DC 전력으로 변환하는 것으로 나타났습니다.
UHF RFID 시스템에서 이 프로세스는 칩 프런트엔드의 정류 기능에 크게 의존합니다-. 연구 및 엔지니어링 모델은 일반적으로 태그 IC를 활성화하기 위해 정류기를 통해 수신된 RF 전력을 DC 전력으로 변환하는 것을 설명합니다.
여기에는 자주 간과되는 세부 사항이 있습니다. 태그는 리더에서 방출되는 RF 전력 전체를 "포착"하지 않습니다.
실제로 태그에 도달하는 전력은 전파 거리, 안테나 방향, 판독기 출력 전력, 편파, 주변 물체 및 환경 반사와 같은 요인의 영향을 받습니다. 에너지가 태그에 도달하면 안테나 효율성, 임피던스 매칭 및 칩의 입력 특성에 의해 더욱 제한됩니다. 궁극적으로 전체 에너지 체인의 일부만이 실제로 칩에 들어가고 효과적으로 DC 전력으로 변환됩니다.
따라서 RFID 태그 전력 수확은 본질적으로 낮은 전력 수준과 높은 에너지 손실을 특징으로 하는 에너지 변환 과제입니다.
UHF와 HF/NFC는 에너지 수확을 위해 서로 다른 방법을 사용합니다.
UHF RFID와 HF/NFC RFID는 모두 수동적으로 작동할 수 있지만 에너지 결합 메커니즘에는 상당한 차이가 있습니다.
UHF RFID는 주로 원거리 전자기파 전파에 의존합니다.- 리더는 RF 에너지를 공간으로 방출합니다. 태그 안테나는 이 에너지의 일부를 포착하여 칩의 프런트엔드-회로를 통해 정류합니다. 이 방법은-창고, 물류, 소매, 자산 관리 등 긴 판독 범위가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
HF RFID 및 NFC는 주로 약 13.56MHz에서 작동합니다. 태그는 일반적으로 코일 안테나를 활용하여 근거리-자기 결합을 통해 에너지를 수확합니다. 태그 코일과 리더 안테나 사이의 결합 강도는 태그의 작동 범위와 안정성에 큰 영향을 미칩니다.
일부 HF/NFC 시스템에서 태그 안테나는 커패시터와 공진 네트워크를 형성하여 대상 주파수에서 보다 효율적인 에너지 결합을 가능하게 합니다. RFID 전원 공급 장치 회로에 대한 연구에서도 인덕터와 공진 커패시터가 전자기장에서 에너지를 수확하고 정류기 회로를 통해 DC 전원으로 변환되는 구조를 유사하게 사용합니다.
따라서 "패시브 RFID 에너지 하베스팅"을 단순히 "태그가 전파를 수신하여 전기를 생성한다"로 요약하는 것은 완전히 틀린 것은 아니지만 엔지니어링 설계 목적으로는 너무 단순합니다. UHF 원거리-장 수확 및 HF/NFC 근거리-결합에는 안테나 구성, 결합 거리, 임피던스 매칭 및 애플리케이션 환경과 관련된 고유한 설계 논리가 포함됩니다.
RFID 제조업체의 관점에서 태그의 에너지 수확 기능은 어떻게 평가됩니까?
Xminnov에서는 RFID 태그 프로젝트를 실행할 때 실험실에서 수행한 격리된 읽기 범위 측정보다 실제 환경에서 태그의 포괄적인 성능을 우선시합니다.{0}}
먼저, UHF RFID의 경우 EPC Gen2/ISO 18000-63 또는 HF/NFC의 관련 ISO 표준과 같이 대상 주파수 대역과 프로토콜을 식별해야 합니다.- 다음으로 칩의 입력 특성에 따라 적절한 안테나 구조를 선택합니다.
후속 단계에는 태그의 임피던스 매칭, 공진 주파수, 다양한 재료에서의 성능 및 실제 RF 장 내 활성화 동작을 테스트하는 작업이 포함됩니다. UHF 태그의 경우 태그 감도, 후방 산란 성능 및 리더 감도를 전체적으로 평가하는 것도 필요합니다. 태그가 궁극적으로 금속 장비, 자동차 부품, 액체 포장 또는 제한된 공간에 사용되도록 의도된 경우 일반적으로 자유 공간 테스트 결과에만 의존하기보다는 실제 재료 테스트를 우선시합니다.-
실험실에서 측정한 '자유 대기 중 판독 범위'와 태그를 제품에 장착한 후의 '유효 판독 범위' 간에 상당한 차이가 있을 수 있기 때문입니다.
