24 marzo 2013

Sistemas RFID activos que combinan un robusto rendimiento RF y bajo consumo de potencia




La identificación de radiofrecuencia RFID, como una tecnología de colección de datos inalámbricos automática, se usa comúnmente en aplicaciones tales como el rastreo de activos, control de acceso y gestión de inventarios. La forma más común para implementar la tecnología es en forma de sistemas RFID pasivos, en los que el lector de RFID transmite una señal de radiofrecuencia modulada a etiquetas RFID cada una consistiendo en una antena y un IC. El chip recibe potencia de la antena y responde variando su impedancia de entrada, y modulando así la señal retrodispersada. La capacidad para retrodispersar es fuertemente dependiente de la superficie en la que se monta la etiqueta. Un material conductor cercano a la etiqueta puede adversamente afectar el rendimiento desajustando la etiqueta y limitando el rango de lectura.

Como resultado, los sistemas RFID pasivos tienen limitaciones debido a uno o más de los siguientes factores:

  • La potencia en el tag es limitada (la potencia en la etiqueta determina su rango de lectura).
  • La reflexión de la etiqueta afecta la señal que es retrodispersada.
  • La superficie en la que la etiqueta se monta afecta el rendimiento.
  • Los factores ambientales pueden incluir fading multi-path y lectura de interferencia.
  • Por encima de una cierta velocidad, los objetos etiquetados móviles no pueden ser interrogados por un lector.
  • Hay acoplamiento múltiple entre etiquetas.
  • La degradación del rendimiento puede ser debido a una ganancia de la antena de transmisión baja y sensibilidad de recepción del lector baja.
  • Algunos sistemas tienen la incapacidad de transmitir a través del metal, roca, cemento o líquido.
  • A veces, las etiquetas orientadas de forma errónea nos darán una lectura limitada.

Bajo estas condiciones, un sistema RFID activo, en el que cada etiqueta activa transporta su propia fuente de potencia de batería, ofrece un rendimiento de comunicaciones más robusto. La fuente de potencia de la batería permite que la etiqueta soporte transmisión de alta potencia, proporcionando un mayor rango, y la capacidad de conectar incluso a través de barreras sólidas de metal o albañilería.

Pero esta muy buena propiedad para una etiqueta activa es también su principal limitación: los transmisores UHF de alta potencia son dispositivos que demandan mucha potencia. Por ello cómo puede un sistema RFID activo puede ser diseñado para proporcionar rendimiento de comunicaciones excelentes mientras operan durante varios años en una batería pequeña, barata.

Este artículo describe la operación de un sistema RFID activo, y luego introduce un diseño de referencia.

Operación de un sistema RFID activo

Un RFID activo usualmente opera a 455 MHz, 850 MHz, 900 MHz, 2,4 GHz o 5,8 GHz. Es conveniente para aplicaciones tales como rastreo de activos y personas, control de acceso, entrada pasiva sin llaves a coches, sistemas de gestión de aparcamiento y supervisión de la temperatura. Como hemos indicado anteriormente, las etiquetas RFID tienen una potencia de transmisión mayor que las etiquetas pasivas. Otra diferencia en los sistemas RFID activos es que una etiqueta activa usando su propia fuente de potencia de batería puede continuamente transmitir de vuelta al lector o a la estación base su identidad y otros datos a una tasa pre-determinada. Esto da al diseñador del sistema una flexibilidad extra comparada al sistema RFID pasivo, en el que la etiqueta pasiva debe primero recibir una transmisión de un lector antes de que pueda iniciar una transmisión de datos. En un sistema RFID activo, en contraste, una etiqueta puede transmitir su identidad a un lector en un rango relativamente largo (hasta 100 m) incluso si está comprometida la trayectoria de recepción de la etiqueta, por ejemplo debido a interferencias o sensibilidad baja de la antena.

Este modo de operación, sin embargo, supone un consumo de potencia relativamente alto, ya que el transmisor UHF de alta potencia es requerido para operar cada uno o dos segundos. Una aproximación alternativa permite que la etiqueta quede en un estado de baja potencia casi permanentemente. Para alcanzar esto, el sistema requiere un receptor despertar (LF) de baja frecuencia, que espera recibir una señal de entrada desde un lector cercano antes de iniciar una transmisión de baja frecuencia. Las transmisiones de baja frecuencia son poco impaired por reflexiones de materiales tales como rocas y líquidos, y también soportan operación a una corriente más baja que las transmisiones UHF. Un receptor LF bien diseñado puede operar continuamente en una corriente minúscula similar a una corriente de pérdida de una batería, y así tiene un efecto despreciable en la vida del a batería de la etiqueta.

Ahora, sin embargo, el rango del sistema es el más pequeño del rango de recepción del receptor LF de la etiqueta y el rango de transmisión del transmisor UHF de la etiqueta. Claramente esto significa que la sensibilidad del receptor LF es de alta importancia. Esta arquitectura de baja potencia puede evaluarse en un kit de diseño de referencia.

Bibliografía:

Active RFID systems that combine robust RF performance and low power consumption. Microwave engineering Europe. January/February 2013
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