第1章RFID概论.

1、RFID技术和应用的市场前景巨大技术和应用的市场前景巨大人人财财物物l 应用领域：身份识别、签名认证l 应用要求：身份认证、签名、交易要求具备法律效力，不可抵赖、篡改及假冒l 应用领域：财富管理、商业交易l 应用要求：构建虚拟“围墙”，确保数字财富、数字物品的安全l 应用领域：识别防伪、记录管理l 应用要求：与实体社会映射通道分布广泛、方便快捷，映射关系一致RFID广阔的应用前景广阔的应用前景移动支付移动支付不停车收不停车收费费物流仓储物流仓储RFID技术具有广阔的应用前景和乐观的市场空间，应该及早掌技术具有广阔的应用前景和乐观的市场空间，应该及早掌握相关技术和实现产品化握相关技术和实现产品化

2、商品防伪 自动导航 食品追溯 药品追溯 自动导游 校园一卡通 2一、RFID概论 1.1 射频识别技术及其特点 射频识别是无线电频率识别的简称，即通过无线电波进行识别。 RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。 应答器中存放的识别信息由阅读器读出。 阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对其进行写入，读写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。RFID 应答器（射频卡或标签）应答器（射频卡或标签）射频卡射频卡 RFID 应答器应答器（射频卡或（射频卡或 标签）标签）标签5日常生活中典型应用1、门禁 2、身份证 3、物流标签 RFID 阅读器阅读器（读写器或基站）（读

3、写器或基站） 7一、RFID概论 实际电路的阅读器和应答器RFIDRFID的基本原理框图的基本原理框图 射频卡或射频卡或电子标签电子标签读写器读写器或基站或基站一、RFID概论 3、RFID的工作频率 低频（LF，30300KHz）最常用的的是125KHz。 高频（HF，330MHz）最常用的的是13.56MHz。 特高频（UHF，300M3GHz）最常用的的是433MHz， 866960MHz，2.45GHz。 超高频（SHF，3G30GHz）最常用的的是5.8GHz和24G Hz。901k1M1Gf(Hz)30k 300k3M 30M 300M3G30G125k13.56M常用：常用：43

4、3M866960M5.8GLFHFUHFSHF10日常生活中典型应用1、门禁 2、身份证 3、物流标签 11一、RFID概论 2、RFID的耦合方式 电感耦合和反向散射耦合方式（电磁场耦合）两大类。 1.2.2 电感耦合方式 电感耦合方式的载波频率fc主要为13.56MHz和小于135KHz的频段,工作距离小于1m 。电感耦合 12一、RFID概论 1、应答器的能量供给 应答器一般都是无源的，能量从阅读器获得。 Vs是射频源，L1C1构成谐振回路，Rs是射频源的内阻，R1是L1的损耗内阻。 Vs在L1上产生高频电流i，谐振时i最大，并且产生的磁场穿过线圈，有部分磁力线穿过电感线圈L2。 在L2

5、上产生了电压V2，将其整流和 滤波，即可产生应答器工作所需的直流电压。 电感线圈L1和L2可以看做是一个变压器的初、次级线圈，不过它们的耦合很弱，所以主要适用于小电流电路。13一、RFID概论 实际电路的阅读器和应答器14一、RFID概论 2、应答器向阅读器的数据传输负载调制 15一、RFID概论 如果在应答器中以二进制数据编码控制开关S，则应答器线圈上的负载电阻按二进制数据编码信号的高低电平变化而接通和断开。 负载的变化通过L2映射到L1，使L1上的电压也按此规律变化。该电压通过解调、滤波放大电路，恢复为应答器端控制开关的二进制数据编码信号，经解码后就可获得存储在应答器中的数据信息。 负载调

6、制方式也称为电阻负载调制，其实质上是振幅调制。16一、RFID概论 3、阅读器向应答器的数据传输 阅读器向应答器的数据传输可以采用多种数字调制方式，通常为幅移键控（ASK）。 1.2.3 电感耦合方式的变型 1、电感耦合的时序方式 在时序方式中，阅读器向应答器的能量传输和数据传输占用一个连续的时隙，在此时间内，应答器获取能量而不传送数据。 在两次能量供应的间隙时间，应答器完成向阅读器的数据传输。17一、RFID概论 2、扫频法 （1）扫频的基本概念 扫频就是利用某种方法使正弦信号的频率随时间按一定规律，在一定范围内反复扫动。 扫频信号为：20( )cos( 2)cos()mmv tVfdtVw

7、 tft18一、RFID概论 2、扫频法 （2）扫频信号的主要工作特性 包括有效扫频宽度、扫频线性和振幅平稳性。 有效扫频宽度指最大的频率覆盖范围： 扫频线性可用线性系数来表征，它表示扫频信号频率的变化规律和预定的扫频规律之间的吻合程度。 振幅平稳性指扫频信号的振幅应恒定不变，即寄生幅度要小。2HLHLffffff19一、RFID概论 （3）扫频法的工作原理 阅读器边采用扫频振荡器，电感L1是扫频振荡器的线圈， L1中的电流产生扫频的交变磁场，频率从fL扫至fH。应答器的谐振回路由L2和C2组成，其谐振频率为f2，f2在fL至fH之间。 当阅读器与应答器的的频率相等时，线圈L1的电流产生一个明

8、显的增量，可提供用于识别。 扫频频率范围为8.2MHz，该技术可用于商场的电子防盗，这种无源应答器由电感线圈和薄膜电容构成谐振回路，称为1比特应答器。20一、RFID概论 3、分频信号检测法 这种方法的工作频率为100-135KHz，原理与电感耦合的方式相同，应答器是无源的，载波信号经二分频送至调制器，在调制器中被应答器数据或低频方波信号调制，被调制的二分频载波信号经应答器电感线圈L3送至阅读器，阅读器对二分频载波信号进行处理，便可获得应答器的有关信息。21一、RFID概论 1.2.4 反向散射耦合方式 1、反向散射 雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。 当电磁波遇到空间

9、目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度被散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回了发射天线，并被该天线接收，对接收信号进行放大和处理，即可获取目标的有关信息。22一、RFID概论 2、RFID反向散射耦合方式 RFID反向散射耦合方式采用特高频（UHF）和超高频（SHF），应答器和阅读器的距离大于1m。反向散射耦合23一、RFID概论 （1）应答器的能量供给 无源应答器的能量有阅读器提供，阅读器天线发射的功率 P1经自由空间衰减后到达应答器，设到达功率为P1 P1、中被吸收的功率经应答器中的整流电路后形成应答器的工作电压。 在特高频和超高频范围内，由关电磁兼容的国际标准对

10、阅读器所能发射的最大功率有严格限制，因此在有些应用中，应答器采用完全无源方式会有一定困难。 为了节能，应答器平时处于低功耗模式，当应答器进入阅读器的作用范围时，应答器被激活，进入工作状态。24一、RFID概论 （2）应答器至阅读器的数据传输 到达功率P1、的一部分被天线反射，反射功率P2经自由空间后到达阅读器，被阅读器天线接收。接收信号经收发耦合器电路传输至阅读器的接收通道，被放大后经处理电路获得有用信息。 （3）阅读器至应答器的数据传输 阅读器至应答器的命令及数据传输，应根据RFID的有关标准进行编码和调制，或者按所选应答器的要求进行设计。 25一、RFID概论 3、声表面波应答器 声表面波

11、（Surface Acoustic Wave，SAW）器件是以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。 压电基片的端部有指状电极结构。指状电极结构是电声转换器（换能器）。26一、RFID概论阅读器送出的射频脉冲序列电信号，从偶极子天线馈送至换能器。换能器将电信号转换为声波。转换的工作原理是利用压电衬底在电场作用时的膨胀和收缩效应。电场是 指由指状电极上的电位差形成的。一个时变输入电信号引起压电衬底振动，并延其表面产生声波。这表面波纵向通过基片，一部分被反射带反射，而剩余部分到达基片终端后被吸收。一部分反射波返回换能器，在那里被转换成射频脉冲序列电信号，并被偶极子天线传送至阅读器。阅读器

12、接收到的脉冲数量与基片上的反射带数量相符，单个脉冲之间的时间间隔与基片反射带的空间间隔成比例，从而通过反射带的空间布局可以表示一个二进制的数字序列。27一、RFID概论由于基片的表面波传播速度缓慢，在阅读器的射频脉冲序列电信号发射后，经过1.5ms的滞后时间，从应答器返回的第一个应答脉冲才到达。这是声表面波应答器时序方式的重要优点。声表面波应答的数据存储能力和和数据传输速度取于基片的尺寸和反射带之间所能实现的最短间隔，实际上，16-32位的数据传输率大约为500kbps。声表面波RFID系统的作用距离主要取决于阅读器所能允许的发射功率，在2.45GHz下，作用距离可达到1-2m。28一、RFI

13、D概论4、谐波检测法（1）非线性元件的频率变换作用谐波检测法的工作原理基于反向散射耦合方式，它可用于电子防盗系统 。谐波法原理 29一、RFID概论4、谐波检测法（2）谐波检测法的原理发送器的微波源受1KHz方的应答器偶极子天线接收到频率为fc的电压，该电压在变容二极管的作用下，产生较强的二次或三次谐波电流，该电流产生的微波信号从偶极子天线回射，它也是被1KHz信号调制的，载波频率为fc，2fc接收器的接收频率可调节在2fc上，如果检测到2fc频率上的调制信号，则说明检测到应答器。谐波检测法的工作原理也是基于反向反射耦合方式的，它可用于电子防盗系统，应答器实际上是一个1比特应答器。30一、RF

14、ID概论1.3 射频识别的应用系统构架1.3.1 RFID应用系统的组成1、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。2、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。3、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。 31一、RFID概论 1.3.2 应答器（射频卡和标签） 1、射频卡和标签 （1）射频卡射频卡 32一、RFID概论 （2）标签标签33一、RFID概论 2、应答器的主要性能参数 工作频率 读/写能力 编码调制方式 数据传输速率 信息数据存储容量 工作距离 多应答器识读能

15、力（亦称防碰撞或防冲突能力） 安全性能（密钥、认证）等。 34一、RFID概论 3、应答器的分类 无源、半无源与有源应答器 无源应答器：不附有电池 ，从阅读器发出射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。 半无源应答器 ：内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。 有源应答器：工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。 35一、RFID概论 4、应答器电路的基本结构和作用36一、RFID概论 4、应答器电路的基本结构和作用 天线电路用于获取射

16、频能量，由电源电路整流稳压后为应答器电路提供直流工作电压。 天线电路获取的载波信号的频率经分配，分频信号可作为应答器的控制器、存储器、编解码器等电路工作时所需的时钟信号。 从阅读器送来的命令，通过解调、解码电路送至控制器，控制器实现命令所规定的操作；从阅读器送来的数据，经解调、解码后在控制器的管理下写入存储器。 应答器送至阅读器的数据，在控制器的管理下从存储器输出，经编码、负载调制电路输出。37一、RFID概论 1.3.3 阅读器（读写器或基站） 38一、RFID概论2、阅读器的功能 以射频方式向应答器传输能量； 从应答器中读出数据或向应答器写入数据； 完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；

17、 若有需要，应能和高层处理交互信息。39一、RFID概论 2、阅读器的电路组成 40一、RFID概论2、阅读器的电路组成振荡器电路产生射频振荡信号，一路经时钟电路产生MCU所需的时钟信号，另一路经载波形成电路产生阅读器工作的载波信号。发送通道包括编码、调制和功率放大器，用于向应答器传送命令和写数据。接收通道包括解调、解码电路，用于接收应答器返回的应答信息和数据。根据应答器的防碰撞能力的设置，还应考虑防碰撞电路的设计。MCU是阅读器工作的核心，完成收发控制、向应答器发送命令与写数据，应答器数据读取与处理、与应用系统的工程进行通信等任务。 41一、RFID概论 1.3.4 天线 天线的目标是取得最大的能量传输效果。 RFID系统所用的天线类型主要有偶极子天线、微带贴片天线、线圈天线等。 在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。 42一、RFID概论 相关的自动识别技术 自动识别技术：包括条形码、接触式IC卡、生物特征识别、光学字符识别（OCR）以及射频识别（RFID）等。 条形码（Bar Code）技术：最早产生在20世纪20年代，由一组规则排列的条和空、相应的数字组成 。 其