电子标签

ITEducation&TrainingRFID大连东软信息学院计算机系物联网团队ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签1.什么是标签(Tag)由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID，UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改。用户数据区(DATA)是供用户存放数据的，可以进行读写、覆盖、增加的操作。阅读器对标签的操作有三类：•识别(Identify):读取UID；•读取(Read):读取用户数据；•写入(Write):写入用户数据2ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签2.标签(Tag)分类获取能量的方式：有源标签：作用距离远，寿命短，成本高，体积大，不适合恶劣环境下工作。无源标签:反之。使用能量的方式：被动式、半被动式、主动式内部使用存储器类型：只读标签：ROM、RAM、缓冲存储器可读写标签：ROM、RAM、缓冲存储器、可插写存储器（EEPROM）3ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签3.RFID工作频率的分类•从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的特点之一。•射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。•工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段之中。典型的工作频率有：125kHz，133kHz，13.56MHz，27.12MHz，433MHz，902~928MHz，2.45GHz，5.8GHz等。4ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签3.RFID工作频率的分类5标签分类频率工作原理应用范围低频标签范围为30kHz~300kHz。典型工作频率有：125KHz，133KHz。电感耦合方式动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗中高频段射频标签3MHz~30MHz。典型工作频率为：13.56MHz。电感耦合方式电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等超高频与微波频段的射频标签典型工作频率为：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。电磁耦合方式移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等ITEducation&TrainingITEducation&Training4、电子标签构成图RFID系统构件——标签电子标签（ElectronicTag）也称也称应答器或智能标签（SmartLabel），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。电压调节器：把由标签阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线送给阅读器；解调器：把载波去除以取出真正的调制信号；逻辑控制单元：用来译码阅读器送来的信号，并依其要求回送数据给阅读器；存储单元：包括EEPROM与ROM，作为系统运行及存放识别数据的位置。电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training4、电子标签——天线作为射频电子标签的天线必须满足以下的性能要求：（1）足够小以至于能够嵌入制造到本身就很小的电子标签上。（2）有全向或半球覆盖的方向性。（3）提供最大可能的信号给标签的芯片，并给标签提供能量。（4）无论标签处于什么方向，天线的极化都能与阅读器的询问信号相匹配。（5）具有鲁棒性。（6）作为损耗件的一部分，天线的价格必须非常便宜。电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training4、电子标签——天线因此，在选择天线的时候，必须考虑如下因素：（1）天线的类型。（2）天线的阻抗。（3）在应用到电子标签上时的射频性能。（4）在有其他的物品围绕标签物品时的射频性能。在一个电子标签中，标签面积主要是由天线面积决定的。然而天线的物理尺寸受到工作频率电磁波波长的限制，如超高频（900MHz）的电磁波波长为30cm，因此应该在设计时考虑到天线的尺寸，一般设计为5~10cm的小天线。此外，考虑到天线的阻抗问题、辐射模式、局部结构、作用距离等因素的影响，为了以最大功率进行传输数据，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗相匹配。因此在电子标签中应该使用方向性天线，而不是全向天线，方向性天线具有更少的辐射模式和更少的返回损耗干扰。电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training4、电子标签——芯片标签芯片是电子标签的核心部分，主要功能有标签信息存储、标签接收信号的处理和标签发射信号的处理。电子标签芯片按功能和结构特征可以分为射频、模拟前端，数字控制，存储单元三个模块。电子标签整流稳压限幅提取时钟复位数字电压模拟电压接收数据发送数据时钟复位接收编码发送编码收发控制安全认证主状态机防冲突存储器读写控制高压产生存储单元射频、模拟前端数据地址控制数字控制存储器模块天线两端ASK调制负载调制ITEducation&TrainingITEducation&Training（1）射频前端其主要功能有：•把由标签天线端输入的射频信号整流为供标签工作的直流能量。•对射频输入的AM调制信号进行包络检波，得到所需信号包络，供后级模拟端比较电路工作使用。•射频前端模块还需将数字基带送来的返回信号对天线端进行调制反射。（2）模拟前端电子标签芯片的模拟前端在射频前端和数字电路之间，包括稳压电路、偏置及时钟电路和包络信号迟滞比较电路。其主要功能有：•为芯片提供稳定的电压。•将射频输入端得到的包络信号进行检波，得到数字基带所需的信号。•为数字基带信号提供上电复位信号。•提供芯片的稳定偏置电流。•为数字基带提供稳定的时钟信号。电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training（3）数字控制模块数字部分由PPM译码模块、命令处理模块、CRC模块、主状态机、编码模块、防碰撞控制、映射模块、通用寄存器、专用寄存器、EEPROM接口组成。其主要功能是处理模拟解调后的数据，负责与EEPROM及与阅读器的通信。PPM解码接收数据命令标志位寄存器CRC接收专用寄存器发送专用寄存器数据发送模拟部分命令处理状态机模拟部分EEPROM接口通用移位寄存器EEPROM接口映射模块命令处理状态机主状态机定时器比较器专用寄存器或通用寄存器电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training5.电子标签的状态转移：（1）未上电状态：当电子标签不能从阅读器处获得足够的能量来使它复位进入就绪状态时。（2）就绪状态：电子标签从阅读器处获得足够的能量使它提取足够的电源并复位后进入的状态，可以相应选择标志置“0”的请求。（3)休眠状态：电子标签处于该状态时，除了询问标志置“1”的请求外，能够相应其他任何地址标志置“1”的请求。(4)选中状态：处于该状态时，电子标签可以相应选择标志置“1”的请求、非地址模式的请求和使用地址模式并且唯一序列号相符的请求。选中状态离开有效场进入有效场未上电状态休眠状态离开有效场离开有效场选择标志位没有置1的命令复位至就绪状态或选择（UID）不符其他任何地址标志位置“1”的命令任何其他命令选择（UID）休眠（UID）就绪状态休眠（UID）复位至就绪状态电子标签ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签5.电子标签的制作及封装13ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签6.电子标签的制作及封装作为终极产品，智能标签不受卡的限制，形态材质也有多姿多彩的发展空间。它的产品分三大类：•标签类；•注塑类；•卡片类；14ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签6.电子标签的制作及封装标签类：带自粘功能的标签，可以在生产线上由贴标机揭贴在箱、瓶等物品上，或手工粘在车窗（如出租车）上、证件（如大学学生证）上，也可以制成吊牌挂、系在物品上，用标签复合设备完成加工过程。产品结构由面层、芯片线路（INLAY）层、胶层、底层组成。面层可以用纸、PP、PET作覆盖材料（印刷或不印刷）等多种材质作为产品的表面；芯片线路（INLAY）有多种尺寸、多种芯片、多种EEPROM容量，可按用户需求配置后定位在带胶面；胶层由双面胶式或涂胶式完成；底层有两种情况：一为离型纸（硅油纸），二为覆合层（按用户要求）。成品形态可以为卷料或单张。15ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签6.电子标签的制作及封装注塑类：可按应用不同采用各种塑料加工工艺，制成内含Transponder的筹码、钥匙牌、手表等异形产品。16ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签6.电子标签的制作及封装卡片类：（1）PVC卡片相似于传统的制卡工艺即印刷、配Transponder（INLAY）、层压、冲切。可以符合ISO-7810卡片标准尺寸，也可按需加工成异形。（2）纸、PP卡由专用设备完成，它在尺寸、外形、厚度上并不作限制。结构为面层（卡纸类）、Transponder（INLAY）层、底层（卡纸等）粘合而成。17ITEducation&TrainingITEducation&Training常见的电子标签形式根据射频识别系统不同的应用场合以及不同的技术性能参数，考虑到应用系统的标签成本，环境要求等等，可以将射频识别标签封装成：不同的厚度、不同的大小、不同的形状、具有不同的用途的标签，有圆形、线性、信用卡形、半信用卡形，此外还有各种挂件标签等。•信用卡标签：大小如信用卡，标准信用卡标签符合ISO7810标准。•线性标签：长条形标签，可以采用偶极子天线•煤气罐标签：金属标签的一种，不过是特殊设计而已•金属标签：使INLAY和金属标签之间保持一定距离，空气隔离或者铁氧材料隔离•钥匙挂扣标签：各种挂件标签等•汽车专用标签：汽车钥匙、车证等•玻璃管标签：动物用，注射。需要考虑移位和排异问题•陶瓷标签：可以防拆设计，实际上是破坏天线•腕带标签：娱乐场所、婴幼儿护腕•服装标签：耐水洗•巡检标签：便于安装•电子锁标签：集装箱等•各种INLAY•等等：根据用户需求，进行个性化封装ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签19ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签20ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签21ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签22ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签23ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签24ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签25ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签26ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签27ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签28ITEducation&TrainingITEducation&Training电子标签7.射频标签内存信息的写入方式射频标签信息的写入方式大致可