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1、RFIDRFID系统的构成及工作原理系统的构成及工作原理教学设计教学设计信息技术学院信息技术学院 李斌李斌一一、案例识读与分析案例识读与分析二二、RFIDRFID系统构架系统构架 三三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 四四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理 主要内容主要内容五五、实训与实践实训与实践 vRFID：数据的神经末梢，：数据的神经末梢，RFID系统在湖南长丰系统在湖南长丰汽车公司的案例汽车公司的案例一、案例识读与分析一、案例识读与分析案例分析与讨论：案例分析与讨论：（1）简述湖南长丰汽车公司）简述湖南长丰汽车公司RFID系统的主要构成及在生产系统
2、的主要构成及在生产中起到的作用？中起到的作用？（2）简述）简述RFID系统的工作原理？系统的工作原理？ RFID是一种系统，一种射频识别系统。典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件中间件和应用系统软件4部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。 二、二、 RFIDRFID系统构架系统构架图图4-2 RFID的系统结构的系统结构 在实际在实际RFID解决方案中，不论是简单的解决方案中，不论是简单的RFID系统还是系统还是复杂的复杂的RFID系统都包含一些基本组件。系统都包含一些基本组件。组件分为硬件组件组件分为硬件组件和软件组件。和软件
3、组件。二、二、 RFIDRFID系统构架系统构架图图4-3 射频识别系统基本组成射频识别系统基本组成 若从功能实现的角度观察，可将若从功能实现的角度观察，可将RFID系统系统分成边沿系统和软件系统两分成边沿系统和软件系统两大部分大部分，如图，如图4-3示。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要示。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个通信设施负责整个RFID系统的信息传递。系统的信息传递。 1、电子标签电子标签 二、二、 RFIDRFI
4、D系统构架系统构架图图4-4 RFID系统构件系统构件标签标签 电子标签（电子标签（Electronic Tag）也称也称应答器或智能标签（）也称也称应答器或智能标签（Smart Label），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。），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：电压调节器：把由标签阅读器送来把由标签阅读器送来的射频信号转换为直流电源，的射频信号转换为直流电源，并经大电容储存能量，再经稳并经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；压电路以提供稳定的电源；调制器：调制器：逻辑控制电路送出的数据逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天
5、线经调制电路调制后加载到天线送给阅读器；送给阅读器；解调器：解调器：把载波去除以取出真正的把载波去除以取出真正的调制信号；调制信号；逻辑控制单元：逻辑控制单元：用来译码阅读器送用来译码阅读器送来的信号，并依其要求回送数来的信号，并依其要求回送数据给阅读器；据给阅读器；存储单元：存储单元：包括包括EEPROM与与ROM，作为系统运行及存放识别数，作为系统运行及存放识别数据的位置。据的位置。 2、读写器读写器 二、二、 RFIDRFID系统构架系统构架图图4-6 读写器组成示意图读写器组成示意图 读写器是一个捕捉和处理读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，标签数据的设备
6、，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。标签中，因此称为读写器。读读写写器器的的硬硬件件部部分分通通常常由由收收发发机机、微微处处理理器器、存存储储器器、外外部部传传感感器器/执执行行器器，报报警警器器的的输输入入/输输出出接接口口、通通信信接接口口及及电电源源等等部部件件组组成成，如如图图4-6所示。所示。3、控制器控制器二、二、 RFIDRFID系统构架系统构架 控制器是读写器芯片有序工作的指挥中心控制器是读写
7、器芯片有序工作的指挥中心，主要功能是：，主要功能是：与应用系统软件进行通信；执行从应用系统软件发来的动作指与应用系统软件进行通信；执行从应用系统软件发来的动作指令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码与解码；执行防令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码与解码；执行防碰撞算法；对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；碰撞算法；对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；进行读写器与电子标签之间的身份认证；对键盘、显示设备等进行读写器与电子标签之间的身份认证；对键盘、显示设备等其他外部设备的控制。其中，最重要的是对读写器芯片的控制其他外部设备的控制。其中，最重要的是对读写器芯片的控制操作。操
8、作。 4、读写器天线读写器天线二、二、 RFIDRFID系统构架系统构架 天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。能量和发射能量的作用。 RFID系统读写器天线的特点是：系统读写器天线的特点是：足够小以至于能够贴到需要的物足够小以至于能够
9、贴到需要的物品上；品上；有全向或半球覆盖的方向性；有全向或半球覆盖的方向性；能够给标签的芯片提供最大能够给标签的芯片提供最大可能的信号；可能的信号；无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配；信号相匹配；具有鲁棒性；具有鲁棒性；价格便宜。价格便宜。 在选择读写器天线时应考虑的主要因素有：在选择读写器天线时应考虑的主要因素有：天线的类型；天线的类型；天线的阻抗；天线的阻抗；应用到物品上的应用到物品上的RF的性能；的性能；在有其他物品围绕在有其他物品围绕贴标签物品时贴标签物品时RF的性能。的性能。 5、通信设施通信设施二、二、 RFIDR
10、FID系统构架系统构架 通信设施为不同的通信设施为不同的RFID系统管理提供安全通信连接，是系统管理提供安全通信连接，是RFID系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络和系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络和读写器或控制器与计算机连接的串行通信接口。读写器或控制器与计算机连接的串行通信接口。无线网络可以无线网络可以是个域网（是个域网（PAN）（如蓝牙技术）、局域网（如）（如蓝牙技术）、局域网（如802.11x、WiFi），也可以是广域网（如），也可以是广域网（如GPRS、3G技术）或卫星通信技术）或卫星通信网络（如同步轨道卫星网络（如同步轨道卫星L波段的波段的RFID系统）。系
11、统）。1、 RFID编码编码三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 射频识别系统的结构与通信系统的基本模型相类似，满足了通信功能射频识别系统的结构与通信系统的基本模型相类似，满足了通信功能的基本要求。读写器和电子标签之间的数据传输构成了与基本通信模型相的基本要求。读写器和电子标签之间的数据传输构成了与基本通信模型相类似的结构。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要的功能块，类似的结构。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要的功能块，如图如图4-8所示。所示。按读写器到电子标签的数据传输方向，是读写器（发送器）按读写器到电子标签的数据传输方向，是读写器（发送器）
12、中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输介质（信道），中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输介质（信道），以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）。图图4-8射频识别系统的基本通信结构框图射频识别系统的基本通信结构框图 2）、）、 RFID调制调制三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 脉脉冲冲调调制制是是指指将将数数据据的的NRZ码码变变换换为为更更高高频频率率的的脉脉冲冲串串，该该脉脉冲冲串串的的脉脉冲冲波波形形参参数数受受NRZ码码的的值值0和和1调
13、调制制。主主要要的的调调制制方方式式为为频频移移键键控控FSK和和相相移键控移键控PSK。图图4-12FSK脉冲调制波形脉冲调制波形（1）FSK调制调制 FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制，是指对已调脉冲波形的频率进行控制，FSK调制方式用于频率调制方式用于频率低于低于135kHz(射频载波频率为射频载波频率为125kHz)的情况，图的情况，图4-12所示为所示为FSK方式一方式一例，数据传输速率为例，数据传输速率为fc/40,fc为射频载波频率。为射频载波频率。FSK调制时对应数据调制时对应数据1的的脉冲频率脉冲频率f1=fc/5,对应数据对应数据0的脉冲频率的脉冲频率f0=fc/8。1
14、）、）、 RFID数据传输常用编码格式数据传输常用编码格式三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和和“0”。射频识别系统通常使用下列编码方法中的一种：射频识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（反向不归零（NRZ）编码、曼彻斯）编码、曼彻斯特（特（Manchester）编码、单极性归零（）编码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（）编码、差动双相（DBP）编）编码、米勒（码、米勒（Miller）编码利差动编码。）编码利差动编码。 最常
15、用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉最常用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图4-9所示为所示为4种数字矩形码的脉冲种数字矩形码的脉冲波形。波形。图图4-9数据矩形码的脉冲波形数据矩形码的脉冲波形1）、）、 RFID数据传输常用编码格式数据传输常用编码格式三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和和“0”。射频识别系统通
16、常使用下列编码方法中的一种：射频识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（反向不归零（NRZ）编码、曼彻斯）编码、曼彻斯特（特（Manchester）编码、单极性归零（）编码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（）编码、差动双相（DBP）编）编码、米勒（码、米勒（Miller）编码利差动编码。）编码利差动编码。 最常用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉最常用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图4-9所示为所示为4种数字矩形码的脉冲种
17、数字矩形码的脉冲波形。波形。图图4-9数据矩形码的脉冲波形数据矩形码的脉冲波形15vRFID中常用的编码方式及编解码器v曼彻斯特（Manchester）码 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验16vRFID中常用的编码方式及编解码器v曼彻斯特（Manchester）码 编码器电路 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验173 编码和调制 vRFID中常用的编码方式及编解码器v曼彻斯特（Manchester）码 曼彻斯特码编码器时序波形图示例 18vRFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒（Miller）码 密勒码编码规则 bit(i-1)
18、bit i密勒码编码规则1bit i的起始位置不变化，中间位置跳变00bit i的起始位置跳变，中间位置不跳变10bit i的起始位置不跳变，中间位置不跳变三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验19vRFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验20vRFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒（Miller）码 用曼彻斯特码产生密勒码的电路 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验21v修正密勒码编码器v假设输出数据为01 1010 三、三、R
19、FIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验22v修正密勒码解码 修正密勒码解码器原理框图 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验23v修正密勒码解码 解码时序波形图示例 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验24v脉冲调制 v 将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。v 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验25v脉冲调制 vFSK FSK脉冲调制波形 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与
20、数据校验26v脉冲调制 vFSK调制调制 FSK实现的原理框图 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验27v脉冲调制 vFSK解调解调 FSK解调电路原理图 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验28v脉冲调制 vFSK解调解调工作原理如下：v v 触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲。触发器D1采用74HC74，当端为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并可重新计数。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验29v脉冲调制vPSK1和PS
21、K2 采用PSK1调制时，若在数据位的起始处出现上升沿或下降沿（即出现1，0或0，1交替），则相位将于位起始处跳变180。而PSK2调制时，相位在数据位为1时从位起始处跳变180，在数据位为0时则相位不变。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验30vPSK调制电路 选择相位法电路框图 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验313 编码和调制 vPSK解调电路 v阅读器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码的关键。32v 设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载波频率值125 kHz），则加至解调器的PSK信号是125 kHz/2=62.
22、5 kHz的方波信号。该PSK信号进入解调器后分为两路：一路加至触发器D3的时钟输入端（CLK），触发器D3是位值判决电路；另一路用于形成相位差为90的基准信号。触发器D3的D输入端加入的是由125 kHz载波基准形成的62.5 kHz基准方波信号，这样，若触发器的D3的时钟与D输入端两信号相位差为90（或相位差不偏至0或180附近），则触发器D3的Q端输出信号即为NRZ码，可供微控制器MCU读入。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验33PSK解调电路的相关波形 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验34v副载波与副载波调制解调 vTYP
23、E A中的副载波调制 标准帧的结构 副载波调制波形 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验35v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ：v v 位编码采用不归零NRZ编码，副载波调制采用BPSK方式，逻辑状态的转换用副载波相移180来表示，0表示逻辑1，0180表示逻辑0，副载波频率fs=847 kHz，数据传输速率为106 kbps。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验36v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ：v v 数位的副载波调制加负载调制 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与
24、数据校验37vTYPE A中的副载波解调v相干解调（同步解调 ） v非相干解调 v ASK调制时，其包络线与基带信号成正比，因此采用包络检波就可以复现基带信号，这种方法无须同频同相的副载波基准信号。三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验38v正弦波调制v正弦振荡的载波信号 v调幅 v调制信号v v产生的调幅波v设上式v(t)的相位角=0 积化和差 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验39v振幅调制模型v调幅波的频域 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验40v脉冲调幅波 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验
25、编码、调制与数据校验41v数字调制ASK方式的实现 v国际标准ISO 14443的负载调制测试用的PICC电路 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验42v数字调制ASK方式的实现 v国际标准ISO 14443的负载调制测试用的PICC电路v 应答器谐振回路由线圈L和电容器CV1组成，其谐振电压经桥式整流器VD1VD4整流，并用齐纳二极管VD5稳压在3 V左右。副载波信号（874 kHz）可通过跳线选择Cmod1或Rmod1进行负载调制。由曼彻斯特码或NRZ码进行ASK或BPSK副载波调制。 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验43v数字调
26、频和调相 三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验1、基本原理、基本原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理 RFID系统的基本工作原理是：由阅读器通过发射天线发送系统的基本工作原理是：由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使得电子标签将自身编码信息应电流，从而获得能量被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调
27、节器发送到阅读器信号处理模块，发送来的调制信号，经天线调节器发送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理；经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定做主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成不同出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成不同的读写操作。的读写操作。 1、基本原理、基本原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理 从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分从电子标签到阅读器之间的通
28、信及能量感应方式来看，系统一般可以分成两类，成两类，即电感耦合（即电感耦合（Inductive Coupling）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。）系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。空间传播规律。 2、电感耦合型、电感耦合型R
29、FID系统系统四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理 RFID的电感耦合方式对应于的电感耦合方式对应于ISO/IEC 14443协议。协议。电感耦合电子标签由电感耦合电子标签由一个电子数据载体，通常由单个微芯片及用做天线的大面积的线圈等组成。一个电子数据载体，通常由单个微芯片及用做天线的大面积的线圈等组成。电感耦合型电感耦合型RFID系统的工作原理如图系统的工作原理如图4-33所示，电感耦合方式的电子标签所示，电感耦合方式的电子标签几乎都是无源工作的，在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器发几乎都是无源工作的，在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器发送的感应电磁能提供。高
30、频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，并穿越送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和线圈的周围空间，以使附近的电子标签产生电磁感应。线圈横截面和线圈的周围空间，以使附近的电子标签产生电磁感应。 图图4-33 电感耦合型电感耦合型RFID系统的工系统的工作原理作原理3、电磁反向散射、电磁反向散射RFID系统系统四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理 （ 1）反向散射调制反向散射调制 雷达技术为雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。当电磁波当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另
31、一部分以不同的强度散射遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被天线接收并被天线接收（因此发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理，即可获得目（因此发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。标的有关信息。 当电磁波从天线向周围空间发射时，会遇到不同的目标。当电磁波从天线向周围空间发射时，会遇到不同的目标。到达目标的电到达目标的电磁波能量的一部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分以不同的强度散磁波能量的一部分（自由空间衰减）
32、被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称之为回波。射到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称之为回波。在雷达技术中，可用这种反射波测量目标的距离和方位。在雷达技术中，可用这种反射波测量目标的距离和方位。 对对RFID系统来说，可以采用电磁反向散射耦合工作方式，利用电磁波反系统来说，可以采用电磁反向散射耦合工作方式，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器的数据传输。这种工作方式主要应用在射完成从电子标签到阅读器的数据传输。这种工作方式主要应用在915MHz、2.45GNz或更高频率的系统中。或更高频率的系统中。3、电磁反向散射、电磁反
33、向散射RFID系统系统四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（2）RFID反向散射耦合方式反向散射耦合方式 一个目标反射电磁波的频率由反射横截面来确定。反射横截面的大小与一个目标反射电磁波的频率由反射横截面来确定。反射横截面的大小与一系列的参数有关，如目标的大小、形状和材料，电磁波的波长和极化方向一系列的参数有关，如目标的大小、形状和材料，电磁波的波长和极化方向等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以RFID反向散射耦反向散射耦合方式采用特高频和超高频，应答器和读写器的距离大于合方式采用特高频和超高频，应答器和读写器的距
34、离大于1 m。 RFID反向散射耦合方式的原理框图如图反向散射耦合方式的原理框图如图4-34所示，图中的读写器、应答所示，图中的读写器、应答器（电子标签）和天线构成了一个收发通信系统。器（电子标签）和天线构成了一个收发通信系统。 图图4-34 RFID反反向散射耦合方式向散射耦合方式的原理框图的原理框图3、电磁反向散射、电磁反向散射RFID系统系统四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（3）RFID反向散射耦合工作原理反向散射耦合工作原理电磁反向散射系统（如图电磁反向散射系统（如图4-35所示）的工作可分为以下两个过程。所示）的工作可分为以下两个过程。（1）电子标签接受读写器发射
35、的信号，其中包括已调制载波和未调制载波。）电子标签接受读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未调制载波。当卷标接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转换成直流电压，这个直当卷标接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转换成直流电压，这个直流电压供给电子标签内芯片能量；当载波携带数据或者命令时，电子标签通流电压供给电子标签内芯片能量；当载波携带数据或者命令时，电子标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写过接收电磁波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。器的指令或数据。（2）电子标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制载波，载）
36、电子标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制载波，载波能量一部分被电子标签转化成直流电压，供给电子标签工作；另一部分被波能量一部分被电子标签转化成直流电压，供给电子标签工作；另一部分被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载波来向读写器传送信息。标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载波来向读写器传送信息。 图图4-35 电磁反向电磁反向散射散射RFID系统系统 4、声表面波标签的识别原理、声表面波标签的识别原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（1）声表面波器件声表面波器件 声表面波（声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件以压电效应和
37、与表）器件以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。面弹性相关的低速传播的声波为依据。SAW器件的体积小、重量轻、工作器件的体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较宽，并且可以采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺，频率高、相对带宽较宽，并且可以采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺，制造简单，重获得性和设计灵活性高。制造简单，重获得性和设计灵活性高。 声表面波器件具有广泛的应用，如通信设备中的滤波器。在声表面波器件具有广泛的应用，如通信设备中的滤波器。在RFID应用中，应用中，声表面波应答器的工作频率目前主要为声表面波应答器的工作频率目前主要为2.45GHz。图图4-37 声表面波声表面波
38、应答器的基本结应答器的基本结构构4、声表面波标签的识别原理、声表面波标签的识别原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（2）声表面波声表面波RFID的原理的原理 SAW标签由叉指换能器和若干反射器组成，换能器的两条总线与电子标签由叉指换能器和若干反射器组成，换能器的两条总线与电子标签的天线相连接。阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲，在电子标签天标签的天线相连接。阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲，在电子标签天线的接收范围内，被接收到的高频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并线的接收范围内，被接收到的高频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并在晶体表面传播。反射器组成对入射表面波部
39、分反射，并返回到叉指换能器，在晶体表面传播。反射器组成对入射表面波部分反射，并返回到叉指换能器，叉指换能器又将反射脉冲串转变成高频电脉冲串。由于声表面波的传播速率叉指换能器又将反射脉冲串转变成高频电脉冲串。由于声表面波的传播速率低，有效的反射脉冲串在经过及微妙的延迟时间后才回到阅读器（如图低，有效的反射脉冲串在经过及微妙的延迟时间后才回到阅读器（如图4-38表示。表示。 图图4-38 声表面波声表面波的传播的传播4、声表面波标签的识别原理、声表面波标签的识别原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（3）声表面波声表面波RFID系统的关键技术系统的关键技术1）标签编码容量与作用距
40、离）标签编码容量与作用距离2）应答器和读写器的配合）应答器和读写器的配合3）应用小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线）应用小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线4）封装）封装由于标签附着的物品和使用环境千差万别，所以其封装结构各有特色，由于标签附着的物品和使用环境千差万别，所以其封装结构各有特色，它们都必须达到以下几个要求。它们都必须达到以下几个要求。u保证压电芯片在工作寿命期间能耐受外部环境应力及其变化，不造保证压电芯片在工作寿命期间能耐受外部环境应力及其变化，不造成性能恶化。成性能恶化。u至少不能影响或极少影响标签天线的高频电磁波接收效果。至少不能影响或极少影响标签天线的高频电磁波接
41、收效果。u固定于待识别物的方法简单、附着牢靠，不明显损伤该物品。固定于待识别物的方法简单、附着牢靠，不明显损伤该物品。u外型美观，对于待识别物和谐，并满足安全和保护环境等要求。外型美观，对于待识别物和谐，并满足安全和保护环境等要求。 4、声表面波标签的识别原理、声表面波标签的识别原理四、四、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（4）声表面波声表面波RFID的优点的优点由于由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以SAW技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路（技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成
42、电路（IC）技术的补充。技术的补充。声表面波声表面波RFID的主要特点有：的主要特点有：（1）读取范围大且可靠，可达数米；）读取范围大且可靠，可达数米；（2）可使用在金属和液体产品上；）可使用在金属和液体产品上；（3）标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低；）标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低；（4）不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达）不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达300km/h的高速运的高速运动物体。动物体。（5）可在高温差（）可在高温差（-100300）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。4、声表面波标签的识别原理、声表面波标签的识别原理四、四
43、、RFIDRFID系统的基本原理系统的基本原理（4）声表面波声表面波RFID的优点的优点由于由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以SAW技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路（技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路（IC）技术的补充。技术的补充。声表面波声表面波RFID的主要特点有：的主要特点有：（1）读取范围大且可靠，可达数米；）读取范围大且可靠，可达数米；（2）可使用在金属和液体产品上；）可使用在金属和液体产品上；（3）标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低；）标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低；（4）不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达）不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达300km/h的高速运的高速运动物体。动物体。（5）可在高温差（）可在高温差（-100300）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。1）实训任务）实训任务 五、实训与实践五、实训与实践 2）实训设计实训设计 五、实训与实践五、实训与实践 Q&A参考资料参考资料 : :
