RFID без чипа - Chipless RFID

RFID без чипа теги RFID теги, которые не требуют микрочип в транспондере.

RFID предлагают больший диапазон и возможность автоматизации, в отличие от штрих-кодов, для допроса которых требуется человек-оператор. Основная проблема для их внедрения - стоимость RFID. Дизайн и изготовление ASIC Необходимые для RFID являются основным компонентом их стоимости, поэтому полное удаление ИС может значительно снизить их стоимость. Основные проблемы при разработке RFID без чипа - это кодирование и передача данных.[1]

Разработка бесчиповых RFID-меток

Бирка без чипа, напечатанная проводящими чернилами для струйной печати.

Чтобы понять развитие бесчиповых RFID теги, важно рассматривать его в сравнении с классическими RFID и штрих-код. RFID имеет очень широкий спектр функций, связанных с использованием радиочастота (RF) волны для обмена данными. Получение идентификатора (ID) стало намного проще, и возможны измерения объема, все на тегах, содержащих изменяемую информацию. Эти функции невозможно реализовать со штрих-кодом, но на самом деле 70% товаров, производимых в мире, оснащены им. Причины такого энтузиазма просты: штрих-код работает очень хорошо и очень дешево, как этикетка, так и считыватель. Вот почему штрих-коды остаются неоспоримым эталоном с точки зрения идентификации, с непревзойденным соотношением стоимости и простоты использования.

Верно также и то, что RFID обеспечивает другие важные функции, и поэтому вопрос заключается в том, чтобы представить технологию, основанную на RF-волнах, в качестве вектора связи, которая сохраняла бы некоторые преимущества штрих-кодов. С прагматической точки зрения центральным остается вопрос стоимости системы и, в частности, тегов, которые должны производиться в большом количестве. Из-за наличия электронных схем эти бирки имеют немаловажную стоимость, которая намного выше, чем у штрих-кодов. Поэтому логично, что простое решение состоит в производстве RF-меток без чипа. Высокая стоимость меток RFID на самом деле является одной из основных причин того, что чипы RFID редко встречаются на рынке меток для широко распространенных продуктов, рынок, который насчитывает десятки тысяч миллиардов единиц, продаваемых в год. На этом рынке очень широко используются оптические штрих-коды.

Однако, технически говоря, чип RFID предлагает значительные преимущества, включая увеличенное расстояние для чтения и способность обнаруживать цель вне поля зрения, независимо от ее положения. Концепция RF-метки без чипа была разработана с целью конкуренции со штрих-кодами в определенных областях применения. У RFID есть много аргументов в пользу функциональности, единственной проблемой остается цена. Штрих-код не предлагает никаких других функций, кроме восстановления идентификатора; однако эта технология проверена временем, широко распространена и чрезвычайно дешева.

Бесчиповая RFID также имеет веские аргументы с точки зрения функциональности. Некоторые функции являются ухудшенными версиями того, что может делать RFID (диапазон чтения / гибкость чтения уменьшены ...), другие, похоже, даже более актуальны для бесчиповых (усмотрение, целостность продукта метки). Главное преимущество - это стоимость бесчиповых меток. По сравнению со штрих-кодами бесчиповая технология должна иметь другие функции, которые невозможно реализовать с помощью оптического подхода, оставаясь при этом подходом с очень низкой стоимостью, то есть потенциально пригодным для печати. Вот почему возможности записи / перезаписи и сенсора являются ключевыми характеристиками для крупномасштабного развития такой технологии. Например, сейчас с нетерпением ждут разработки очень недорогих сенсорных меток по причинам применения.[2]

Принцип работы

Принцип работы без чипа RFID. А. Вена, Э. Перре, С. Теджини, 2013.

Как и различные существующие RFID Технологии, RFID-метки без чипа связаны со специальным RF-считывателем, который запрашивает метку и восстанавливает содержащуюся в ней информацию. Принцип работы считывателя основан на излучении определенного электромагнитного (ЭМ) сигнала в сторону метки и захвате сигнала, отраженного меткой. Обработка полученного сигнала - в частности, на этапе декодирования - позволяет восстановить информацию, содержащуюся в теге.[3]

Однако RFID-метки без чипа принципиально отличаются от RFID-меток. В последнем конкретный фрейм отправляется читателем.[4] к тегу согласно классической схеме двоичной модуляции. Тег демодулирует этот сигнал, обрабатывает запрос, возможно, записывает данные в свою память и отправляет обратно ответ, модулируя свою нагрузку.[5] С другой стороны, RFID-метки без чипа работают без протокола связи. В них используется сетка дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Запросчик генерирует сигнал развертки частоты и сканирует провалы сигнала. Каждый дипольная антенна может закодировать один бит. Частота развертки будет определяться длиной антенны. Их можно рассматривать как радиолокационные цели, обладающие определенной стационарной временной или частотной сигнатурой. С помощью этой технологии дистанционное считывание идентификатора заключается в анализе радиолокационной сигнатуры метки.

В настоящее время одной из основных проблем бесчиповых технологий является надежность обнаружения тегов в различных средах. Бесполезно пытаться увеличить количество информации, которую может иметь тег без чипа, если идентификатор тега не может быть правильно прочитан в реальных условиях и без сложных методов калибровки. Обнаружение бесчиповой метки в шумной среде намного сложнее в бесчиповой RFID, чем в УВЧ RFID, из-за отсутствия модуляции во времени, то есть отсутствия двух разных состояний в сигнале обратного рассеяния.

На химической основе

Самогенерирующиеся керамические смеси

В 2001, Исследование поместья Рок Центр объявил материалы, которые при перемещении испускают характерное излучение. Их можно использовать для хранения нескольких битов данных, закодированных в присутствии или отсутствии определенных химикатов.[6]

Биосовместимые чернила

Сомарк нанял диэлектрик штрих-код, который можно прочитать с помощью микроволны. Диэлектрический материал отражает, пропускает и рассеивает падающее излучение; различное положение и ориентация этих полосок по-разному влияет на падающее излучение и, таким образом, кодирует пространственное расположение в отраженной волне. Диэлектрический материал может быть диспергирован в жидкости для создания диэлектрических чернил.[7] В основном они использовались как бирки для крупного рогатого скота, которые «раскрашивались» специальной иглой. Чернила могут быть видимыми или невидимыми в зависимости от природы диэлектрика. Рабочая частота метки может быть изменена с использованием различных диэлектриков.[8]

Нанометрические чернила CrossID

В этой системе используется переменный магнетизм. При возбуждении излучением материалы резонируют на разных частотах. Читатель анализирует спектр отраженного сигнала для идентификации материалов. Было найдено 70 различных материалов. Наличие или отсутствие каждого материала может использоваться для кодирования бита, что позволяет кодировать до 270 уникальные двоичные строки. Они работают на частотах от трех до десяти гигагерц.[9]

Пассивная антенна

В 2004 году Tapemark анонсировала RFID без чипа, который будет иметь только пассивную антенну диаметром всего 5мкм. Антенна состоит из небольших волокон, называемых нанорезонансными структурами. Пространственная разница в структуре кодированных данных. Запросчик отправляет когерентный импульс и считывает интерференционную картину, которую он декодирует для идентификации метки. Они работают в диапазоне 24–60 ГГц.[10] Позднее Tapemark прекратил поддержку этой технологии.

На основе магнетизма

Программируемый магнитный резонанс

Сагентия приборы акустомагнитные. Они используют резонансные свойства магнитомягких магнитострикционный материалы и способность сохранять данные магнитотвердых материалов. Данные записываются на карту контактным способом. Резонанс магнитострикционный материал изменен данными, хранящимися в твердом материале. Гармоники могут быть включены или отключены в соответствии с состоянием твердого материала, тем самым кодируя состояние устройства как спектральную сигнатуру. Теги, созданные Sagentia для АстраЗенека попадают в эту категорию.[11][12][13]

Маркировка магнитных данных

В технологии Flying Null используется ряд пассивных магнитных структур, очень похожих на линии, используемые в обычных штрих-кодах. Эти конструкции сделаны из магнитомягкого материала. Запросчик содержит два постоянных магнита с одинаковыми полюсами. Результирующее магнитное поле имеет нулевой объем в центре. Дополнительно используется дозирующее излучение. Магнитное поле, создаваемое запросчиком, таково, что оно доводит мягкий материал до насыщения, за исключением случаев, когда он находится в нулевом объеме. Находясь в нулевом объеме, мягкий магнит взаимодействует с исследующим излучением, выявляя положение мягкого материала. Может быть достигнуто пространственное разрешение более 50 мкм.[14][15]

Поверхностная акустическая волна

Иллюстрация простого кодирования SAW RFID 013 в базе 4. Первый и последний отражатели используются для калибровки. Второй и второй последний для обнаружения ошибок. Данные закодированы в оставшихся трех группах. Каждая группа содержит 4 слота и пустой слот, за которым следует еще одна группа.

Поверхностная акустическая волна устройства состоит из пьезоэлектрический подобный кристаллу ниобат лития на которых преобразователи выполнены однослойными фотолитографический технологии. Преобразователи обычно Межцифровые преобразователи (IDT), которые имеют двухзубчатую гребенчатую структуру. К IDT прикреплена антенна для приема и передачи. Преобразователи преобразуют падающую радиоволну в поверхностные акустические волны, которые распространяются по поверхности кристалла, пока не достигнут кодирующих отражателей, которые отражают некоторые волны и передают остальные. IDT собирает отраженные волны и передает их читателю. Первый и последний отражатели используются для калибровки, поскольку на отклик могут влиять физические параметры, такие как температура. Пара отражателей также может использоваться для исправления ошибок. Отражения увеличиваются в размере от ближайшего к самому дальнему от IDT для учета потерь из-за предшествующих отражателей и затухания волн. Данные кодируются с использованием Позиционная импульсная модуляция (PPM). Кристалл логически разделен на группы, так что каждая группа обычно имеет длину, обратную ширине полосы. Каждая группа разделена на слоты одинаковой ширины. Отражатель можно установить в любую прорезь. Последний слот в каждой группе обычно не используется, оставляя n-1 позиций для отражателя, таким образом кодируя n-1 состояний. Частота повторения PPM равна пропускной способности системы. Положение прорези рефлектора можно использовать для кодирования фазы. Температурная зависимость устройств означает, что они также могут действовать как датчики температуры.[16]

Разделенные микрополосковые резонаторы с емкостной настройкой

В них используется сетка дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Запросчик генерирует сигнал развертки частоты и сканирует провалы сигнала. Каждая дипольная антенна может кодировать один бит. Частота развертки будет определяться длиной антенны.[17]

Новые тенденции

Бумажная бирка без чипов, напечатанная методом флексографии.

За последние несколько лет было сделано много улучшений в системах связи, основанных на электронных устройствах, в которых интегральная схема является сердцем всей системы. Однако демократизация этих систем на основе чипов, таких как система RFID, привела к возникновению экологических проблем.

В последнее время появились новые исследовательские проекты, такие как Европейский исследовательский совет (ERC) проект ScattererID,[18] представили парадигму системы радиочастотной связи, основанную на бесчиповых этикетках, в которую могут быть добавлены новые полезные функции. При сопоставимой стоимости со штрих-кодом эти этикетки должны выделяться большей функциональностью, чем оптический подход. Цель ScattererID Проект состоит в том, чтобы показать, что можно связать идентификатор метки без чипа с другими функциями, такими как возможность записи и перезаписи информации, связать идентификатор с функцией датчика и связать идентификатор с распознаванием жестов.

Возможность создания реконфигурируемых и недорогих тегов предполагает разработку оригинальных подходов на переднем крае прогресса, таких как использование CBRAM из микроэлектроники, позволяющее создавать реконфигурируемые элементы на основе нанопереключателей.

Рекомендации

  1. ^ Радиочастотная идентификация и датчики: от RFID до RFID без чипа, Этьен Перре, Wiley-ISTE, 2014 г.
  2. ^ La RFID sans puce - Теория, зачатие, измерения, Арно Вена, Этьен Перре, Смайл Теджини, ISTE, 2016
  3. ^ RCS-синтез для RFID без чипа - теория и дизайн, Оливье Ранс, Этьен Перре, Ромен Сирагуза, Пьер Леметр-Оже, ISTE-Elsevier июль 2017 г.
  4. ^ Бесчиповый считыватель RFID для сверхширокополосной технологии, Марко Гарбати, Этьен Перре, Ромен Сирагуза, ISTE-Elsevier, Fev. 2018.
  5. ^ RFID без микросхемы на основе кодирующей частицы RF - система реализации, кодирования и считывания, Арно Вена, Этьен Перре, Смаил Теджини, ISTE-Elsevier, август 2016 г.
  6. ^ «Бесчиповая RFID» (PDF). IDtechEx. Получено 16 августа 2013.[постоянная мертвая ссылка ]
  7. ^ "ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ШТРИХ-КОД, СЧИТЫВАЕМЫЙ МИКРОВОЛНОМ". Патентное бюро США. Получено 17 августа 2013.
  8. ^ «Татуировки RFID, чтобы оставить след в метках крупного рогатого скота». RFID журнал. Получено 17 августа 2013.
  9. ^ «Брандмауэр для бумажных документов». RFID журнал. Получено 17 августа 2013.
  10. ^ «Волокна RFID для безопасных приложений». RFID журнал. Получено 17 августа 2013.
  11. ^ "Отметьте это" (PDF). Получено 16 августа 2013.
  12. ^ «Акустомагнитная система». Как это работает. Апрель 2000 г.. Получено 16 августа 2013.
  13. ^ «Пример использования AstraZeneca». Сагентия. Получено 16 августа 2013.
  14. ^ Кроссфилд, М. (1 января 2001 г.). «Имеют нуль, полетят». Обзор IEE. 47 (1): 31–34. Дои:10.1049 / ir: 20010111.
  15. ^ «Использование технологии Flying Null для отслеживания лабораторного оборудования в автоматизации лабораторий». JALA. Получено 17 августа 2013.
  16. ^ Плесский В.П .; Рейндл, Л. М. (март 2010 г.). «Обзор меток SAW RFID». Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты. 57 (3): 654–68. Дои:10.1109 / tuffc.2010.1462. PMID  20211785.
  17. ^ Джалалы, И .; Робертсон, И. (2005). Разделенные микрополосковые резонаторы с емкостной настройкой для штрих-кодов RFID. Конференция по СВЧ, 2005 г., Европа. 2. С. 4 с. – 1164. Дои:10.1109 / EUMC.2005.1610138. ISBN  978-2-9600551-2-2.
  18. ^ ScattererID Анализ и синтез широкополосных рассеянных сигналов от целей конечного размера - независимый от формата аналоговый след RF, Этьен Перре, 2018.