第四章-RFID电子标签PPT课件

.,1,第四章RFID电子标签,天津科技大学物流工程系张涵跃,.,2,主要内容,电子标签的功能电子标签的基本组成电子标签的种类和特点按照供电方式进行分类按照工作方式进行分类按照读写方式进行分类按照工作频率进行分类按照作用距离进行分类,.,3,主要内容,电子标签的封装封装材质封装形式封装加工方法电子标签的天线1比特系统电子标签的发展趋势,.,4,第四章RFID电子标签,电子标签的芯片体积很小，厚度一般不超过0.35mm，可以印制在纸张、塑料、木材、玻璃、纺织品等包装材料上，也可以直接制作在商品标签上，通过自动贴标签机进行自动贴标。第一节电子标签的功能具有一定的存储容量，可以存储被识别物品的相关信息；在一定工作环境及技术条件下，电子标签存储的数据能够被读出或写入；维持对识别物品的识别及相关信息的完整；数据信息编码后，及时传输给读写器；可编程，并且在编程以后，永久性数据不能再修改；具有确定的使用期限，使用期限内不需维修；对于有源标签，通过读写器能够显示电池的工作状况。,.,5,第二节电子标签的基本组成,时钟把所有电路功能时序化，以使存储器中的数据在精确的时间内被传送到读写器；存储器中的数据是应用系统规定的惟一性编码，在电子标签被安装在识别对象上以前已被写入。数据读出时，编码发生器把存储器中存储的数据编码，调制器接收由编码器编码后的信息，并通过天线电路将此信息发射/反射到读写器。数据写入时，由控制器控制，将天线接收到的信号解码后写入到存储器。,电子标签一般由天线、调制器、编码发生器、控制器、时钟以及存储器组成。,.,6,典型的电子标签的结构框图,.,7,第三节电子标签的种类和特点,一、按照供电方式进行分类（1）有源标签有源标签是指内部有电池提供电源的电子标签。有源标签的作用距离较远，但是寿命有限、体积较大、成本较高，并且不适合在恶劣环境下工作，需要定期更换电池。（2）无源标签无源标签是指内部没有电池提供电源的电子标签。无源标签利用波束供电技术将接收到读写器的射频能量转化为直流电源，以便为标签内的电路供电。无源标签的作用距离相对有源标签要近，但是其寿命较长，并且对工作环境要求不高。,.,8,二、按照工作方式进行分类,（1）主动式标签主动式标签就是利用自身的射频能量主动发射数据给读写器的电子标签，主动式标签一般含有电源，与被动式标签相比，它的识别距离更远。（2）被动式标签被动式标签是在读写器发出查询信号触发后才进入通信状态的电子标签。它使用调制散射方式发射数据，必须利用读写器的载波来调制自己的信号，主要应用在门禁或交通系统中。被动式标签既可以是有源标签，也可以是无源标签。,.,9,三、按照读写方式进行分类,（1）只读型标签在识别过程中，内容只能读出不可写入的电子标签是只读型标签。只读型标签所具有的存储器是只读型存储器。只读型标签又可以分为以下三种。只读标签：只读标签的内容在标签出厂时就已被写入，识别时只能读出，不可再写入。只读标签的存储器一般由ROM组成。,.,10,（1）只读型标签,一次性编程只读标签：一次性编程只读标签可在应用前一次性编程写入，在识别过程中不可改写。一次性编程只读标签的存储器一般由PROM或PAL组成。可重复编程只读标签：可重复编程只读标签的内容经擦除后可重复编程写入，但在识别过程中不可改写。可重复编程只读标签的存储器一般由EEPROM或GAL组成。,.,11,（2）读写型标签,在识别过程中，标签的内容既可被读写器读出，又可由读写器写入的电子标签是读写型标签。读写型标签可以只具有读写型存储器，也可以同时具有读写型存储器和只读型存储器。读写型标签应用过程中数据是双向传输的。,.,12,四、按照工作频率进行分类,（1）低频标签低频标签工作频率范围为30300kHz。低频电子标签典型的工作频率有两种：125kHz、133kHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与读写器之间传送数据时，低频标签需位于读写器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1m。,.,13,（1）低频标签,低频标签主要用在短距离、低成本的场合中。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置电子标签的汽车钥匙）等。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签外观有：项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。典型应用的动物有牛、信鸽等。,.,14,（1）低频标签,低频标签的主要优势体现在：标签芯片一般采用普通的CMOS工艺，具有省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如，动物识别等）。低频标签的劣势主要体现在：标签存储数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比，标签天线匝数更多，成本更高一些。,.,15,（2）中高频标签,中高频标签的工作频率一般为330MHz；中高频标签典型的工作频率为13.56MHz；采用电感耦合方式工作；中高频标签一般也采用无源标签，其工作能量通过电感（磁）耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与读写器进行数据交换时，标签必须位于读写器天线辐射的近场区内。中高频标签的阅读距离一般情况下也小于1m。中高频标签可以方便地做成卡状，典型应用包括：电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。,.,16,（3）超高频与微波标签,超高频与微波标签的典型工作频率为：433.92MHz、862（902）928MHz、2.45GHz和5.8GHz。超高频与微波标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于读写器天线辐射场的远场区内，标签与读写器之间的耦合方式为电磁耦合方式。读写器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒（激活）。射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为36m。最大可达10m以上。读写器天线一般均为定向天线，只有在读写器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签，从而需要解决多标签同时读取的问题。,.,17,（3）超高频与微波标签,无源微波射频标签比较成功的产品相对集中在902928MHz工作频段上。2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。半无源标签一般采用纽扣电池供电，具有较远的阅读距离。微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用、读写器的发射功率容限、射频标签及读写器的价格等方面。对于可无线写的射频标签，写入距离要小于识读距离，其原因在于写入要求更大的能量。,.,18,（3）超高频与微波标签,微波射频标签的数据存储容量一般限定在2kbit以内。从技术及应用的角度来说，微波射频标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有1kbit、128bit、64bit等。微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗等。,.,19,五、按照作用距离进行分类,（1）密耦合标签作用距离小于1cm的标签被称为密耦合标签。（2）近耦合标签作用距离大约为15cm的标签被称为近耦合标签。（3）疏耦合标签作用距离大约为1m的标签被称为疏耦合标签。（4）远距离标签作用距离从1m到10m，甚至更远的标签被称为远距离标签。,.,20,第四节电子标签的封装,一、封装材质为了方便使用，也为了保护电子标签的芯片和天线，射频电子标签必须用某种材料进行封装，不同封装材质的电子标签将被应用到不同的场合。按照不同的封装材质，可以将电子标签分成几种不同的类型。,.,21,1纸标签,电子标签可以被制作为带有自粘功能的纸标签的形式，用来粘贴在被识别的物品上。这种标签的价格比较便宜，一般由面层、芯片线路层、胶层和底层组成。面层一般由纸构成，纸面上可以印刷公司或使用者的信息，也可以不印刷。芯片线路层和胶层黏合在一起，胶层起到了固定芯片和天线的作用，同时也将电子标签粘贴在被识别物品的表面上。底层则是电子标签在未使用以前的保护层。成品的电子标签可以是单张的，也可以是连续的纸卷形式。在使用中，将底层撕下，将标签粘贴在被识别物品的表面上即可。,.,22,2塑料标签,塑料标签是采用特定的工艺将芯片和天线用特定的塑料材质封装成不同的电子标签，常用于对机械要求很高的应用中，如博采筹码、钥匙牌、手表形标签、狗牌、信用卡等。塑料标签与玻璃标签的组成几乎完全一样，但是它具有较长的线圈，因而也就具有了更远的作用范围。优点在于能够容纳较大的微型芯片以及汽车工业所要求的机械振动的高承载能力。常用的塑料材质包括PVC和PSP材质。塑料材质的电子标签一般包括面层、芯片层和底层。,.,23,3玻璃标签,玻璃标签常被用于动物跟踪与识别，可用注射器或其他方式植入到动物的皮下。玻璃标签一般是将芯片和天线用一种特殊的固定物质（软胶粘剂等）植入到一定大小的玻璃容器中，封装成玻璃标签。在这个只有1232mm长的小玻璃管里，有一个装在载体上的微芯片以及用于稳定所获得的供应电压的芯片电容器。玻璃标签的线圈则是由0.3mm的线材绕在铁氧体磁芯上形成的。,玻璃电子标签,玻璃电子标签的结构图,.,24,3玻璃标签,.,25,二、封装形式,1信用卡与半信用卡标签信用卡标签和半信用卡标签是电子标签常见的形式，其大小等同于信用卡，厚度一般不超过3mm。,信用卡标签,信用卡纸标签,.,26,2线形标签,常见的线形标签有物流线形标签和车辆用线形标签。车辆用线形标签主要用于加强车辆在高速行驶中的识别能力，提高识别距离和准确度，其主要是将电子标签封装成特殊的车用电子标签，用铆钉等装置固定在卡车的车架上。这种标签适合用于集装箱等大型货物的识别。,图书电子标签,线形电子标签,.,27,3盘形标签,最常见的电子标签是盘形标签。盘形标签是将标签放置在丙烯腈、丁二烯、苯乙烯喷铸的外壳里，直径从几毫米到十厘米。在中心处大多有一个用于固定螺丝的圆孔，适用的温度范围较大。也可以用聚苯乙烯或者环氧树脂代替丙烯腈、丁二烯、苯乙烯，但适用的温度范围较小。,盘形电子标签,.,28,4自粘标签,自粘标签既薄又灵活，可被理解为一种薄膜型构造的标签，通过丝网印刷或蚀刻技术将标签安放在只有0.1mm厚的塑料膜上。这种薄膜往往与一层纸胶粘合在一起，并在背后涂上胶粘剂。具有自粘能力的电子标签可以方便地附着在需识别的物品上，可以做成具有一次性粘贴或者可以多次粘贴的形式。,.,29,5钥匙扣形标签,电子标签可集成到用于自动停车的号码器或安全要求很高的门锁系统的机械钥匙中，这些应用中通常使用的都是塑料标签，它们被封装成钥匙的形状。,.,30,6手表形标签,手表形标签具有携带方便、美观实用的特点，一般用于门禁、娱乐等射频识别系统中。其一般的形式是：手表内有一个印在一块薄印制电路板上并有少量匝数的框形天线。电路板与线圈外壳靠得很近，使得被天线线圈覆盖的面积尽可能地大。,.,31,三、封装加工方法,电子标签主要包括电子数据载体和根据功能造型的壳体，电子标签的制作主要包括芯片技术、模块和天线封装及标签加工三个方面。1模块制造微型芯片的生产是根据通用的半导体芯片制造方法进行的。芯片测试结束以后，利用金刚石刀将晶片划开，这样就得到了单个的电子标签芯片。为了防止在划片的过程中各个芯片散落，在划开之前首先在晶片的背面贴上一层塑料薄膜。然后，将各个芯片从塑料薄膜上取下，并固定在一个模块内。通过压焊与电子标签的线圈模块连接起来。然后在芯片周围喷上浇铸物，从而减少芯片破碎的可能性。但是对于体积非常小的芯片，考虑到体积和成本，一般是将线圈压焊在芯片上，而不是把它放置在模块内。,.,32,2电子标签半成品,接下来是使用自动绕线机制造电子标签的线圈。在所有的铜线上除了覆盖常用的绝缘漆以外，还将涂上一层附加的低熔点烤漆。在绕制过程中，绕制工具会被加热到烤漆熔点的温度。这样，在绕制过程中烤漆就会熔化，并且从绕制工具上取下线圈后它又会快速凝结，从而使电子标签线圈上的线黏合在一起。利用这种方式可以确保在以后的安装工序中电子标签的线圈具有足够的机械稳定度。,.,33,2电子标签半成品,电子标签线圈的绕制一旦完成，就利用一部电焊机将线圈的连接处与电子标签模块的连接面焊接在一起。根据以后的成品标签的制作形状来确定电子标签线圈的形状和大小。对于没有固定到模块中的芯片，也可以使用合适的方法将铜线直接压焊到芯片上。但要求电子标签线圈的导线要尽可能细。将电子标签线圈的触点接通以后，电子标签就具有了其应具有的电功能。这道工序以后还要进行非接触的功能测试，要将以前工序中受到损坏的电子标签分离出来。此时，尚未加装外壳的电子标签是半成品，经过后续加工以选配不同形状的外壳。,.,34,3整合成品,在电子标签的最后一道工序中，将电子标签的半成品安装到外壳中，或者装入玻璃桶内。这道工序可以通过喷注、浇注、黏合等方法完成。,.,35,第五节电子标签的天线,根据射频识别系统的要求，电子标签的天线必须具有以下的性能：（1）体积足够小，可以嵌入到本来就很小的电子标签上；（2）有全向或半球覆盖的方向性；（3）给标签提供能量，并能够提供最大可能的信号给电子标签的芯片；（4）无论电子标签处于什么方向上，天线的极化都能与读写器的查询信号相匹配；（5）具有顽健性（稳健性、稳定性：抗干扰能力）；（6）作为耗损部件的一部分，天线的价格必须非常便宜。,.,36,第五节电子标签的天线,在实际的应用系统中，电子标签的使用有两种基本形式，一种是电子标签处于移动状态，使用固定式读写器进行识别；另一种是电子标签位置固定，通过手持机等移动式读写器进行识别。因此，在选择天线时必须考虑以下因素：（1）天线的类型；（2）天线的阻抗；（3）在应用到电子标签上时，天线的射频性能；（4）在有其他物品围绕被标记物品时，天线的射频性能。,.,37,第六节1比特系统,1比特可以有两种状态：“1”或者“0”。对于1比特系统来说，意味着只有两种可以表示的状态：“读写器作用范围内有电子标签”或者“读写器作用范围内没有电子标签”。虽然1比特系统功能比较简单，但是1比特系统的应用还是很广泛的，其中典型的应用是商场里的电子防盗系统（EAS）。,.,38,第六节1比特系统,电子防盗系统一般由以下几个部分组成：读写器、电子标签和去活化器。去活化器可以在商品付款后使电子标签去活化，变得无效。在某些系统中还使用活化器，用活化器可以使去活化以后的电子标签重新活化，成为可以再次使用的电子标签。电子防盗系统的主要功能特征是识别率或检测率，与通道宽度（读写器天线与电子标签之间的最大距离）有关。,.,39,第七节电子标签的发展趋势,1标签成本更低从电子标签的发展来看，电子标签特别是高频远距离电子标签在未来几年内逐渐成熟，将具有广阔的市场前景，无疑，电子标签成本的降低将进一步推动射频识别技术的应用。2作用距离更远由于无源射频识别系统的距离限制主要是在电磁波束给标签能量的供应上，随着低功耗IC设计技术的发展，电子标签工作电压进一步降低，所需功耗可以降低到小于5W甚至更低的程度。这就使无源系统的作用距离进一步加大，在某些应用场合可以达到几十米以上的作用距离。,.,40,第七节电子标签的发展趋势,3体积更小由于实际应用的限制，一般要求电子标签的体积比被标记的商品要小。这样，对于体积非常小的商品以及其他一些特殊的应用场合，对电子标签的体积就提出了更小、更易于使用的要求。4标签存储容量更大在一些需要存储大量数据的应用中，对电子标签的存储容量提出了更高的要求，要求电子标签不仅能够存储序列号等基本信息，还要能够存储被标识物品的相关信息。,.,41,第七节电子标签的发展趋势,5处理时间缩短目前的电子标签处理时间较长，对于一些需要快速处理的环节还不能满足要求。进一步缩短时间就变得十分重要。6生产工艺不断提高为了降低标签天线的生产成本，人们开始研制新的天线印刷技术。其中，导电墨水的研制是一个新的发展方向。利用导电墨水，可以将RFID的天线以接近零的成本印刷到产品包装上。通过导电墨水在产品的包装盒上印刷RFID天线，比传统的金属天线成本低、印刷速度快、节省空间，并利于环保。,.,42,第七节电子标签的发展趋势,7无线可读写性能更加完善不同的应用系统对电子标签的读写性能和作用距离有着不同的要求，为了适应需要多次改写电子标签数据的场合，就需要进一步完善电子标签的读写性能，使误码率进一步降低，使抗干扰性达到指标要求。8更适合于高速移动物体识别针对高速移动