Tecnologie RFID a tag attivi e passivi: i pro e contro

Quando mi trovo a progettare un nuovo PCB o un nuovo prodotto, una delle parti più complesse è scegliere quali componenti usare. Pare che ogni tecnologia disponibile sul mercato abbia ormai una configurazione diversa a seconda delle prestazioni desiderate. Anche i semplici circuiti di identificazione a radiofrequenza, i quali utilizzano la tecnologia RFID, hanno molte opzioni tra cui scegliere. Mentre tutti gli RFID utilizzano un lettore RFID attivo, noto anche come interrogatore, i tag per ciascuna disposizione variano. Esistono tre categorie di layout schematici RFID che è possibile utilizzare in base a questi tipi di tag: passivo, semi-passivo e attivo. Ciascuno di essi ha i suoi pro e contro che possono aiutarti a decidere qual è il più adatto alla tua applicazione.

Tecnologie con tag RFID passivo

La più semplice delle tre configurazioni RFID è quella che utilizza un reader attivo e un tag passivo. I tag RFID passivi sono costituiti da due soli componenti: un circuito integrato (IC) e un'antenna. Quando combinati, questi sono talvolta chiamati inlay. È da notare come un tag RFID passivo non includa una fonte di alimentazione costante né una batteria.

I tag del sistema RFID passivo non hanno bisogno di batteria perché raccolgono la loro energia dal segnale di interrogazione del reader. Per leggere i tag passivi, il reader invia un segnale forte a tutti i tag nel suo intervallo di lettura. I tag ricevono quindi il segnale sulle loro antenne e utilizzano l'energia proveniente dal segnale stesso per alimentare il loro IC. Dopo che i processori hanno completato i loro compiti, i tag usano quindi l'accoppiamento induttivo e a retrodiffusione per comunicare con il reader. Come possiamo immaginare, l'utilizzo di tag RFID passivi ha i suoi pro e contro.

Vantaggi dei tag RFID passivi

• Basso costo - poiché i tag del sistema RFID hanno un massimo di tre componenti (IC, antenna, involucro) tendono a essere piuttosto economici.
• Leggerezza - il design minimalista di un tag passivo implica una massa contenuta
• Durabilità - i tag con batterie hanno cicli di vita di soli 3-5 anni. La durata dei tag passivi dipende dai materiali di cui sono composti e dall'ambiente in cui operano. Se collocati nel giusto ambiente potrebbero durare anche fino a 20 anni.
• Basso rumorosità - il circuito stampato con accoppiamento induttivo e radiativo senza un'antenna attiva non genera quasi nessun rumore.​

​​Svantaggi dei tag RFID passivi

• Corto raggio - l'assenza di un'antenna attiva significa che i tag RFID passivi hanno un raggio estremamente corto. I tag che funzionano da bassa ad alta frequenza possono avere un raggio di comunicazione massimo di mezzo metro. Quelli che operano a frequenze molto alte possono arrivare fino a 6 metri, ma è comunque un raggio relativamente limitato.
• Memoria limitata - la maggior parte della memoria non volatile richiede alimentazione per evitare che il contenuto si degradi. Senza una batteria integrata, i tag passivi possono memorizzare una quantità limitata di informazioni.
• Richiedono un reader - i tag RFID passivi richiedono un reader ad alta potenza per accendersi.
• Nessun sensore - la maggior parte dei sensori richiede un'alimentazione costante per funzionare e spesso anche di memoria per immagazzinare dati. Questo rende i tag passivi inadatti alla maggior parte delle applicazioni di rilevamento.

Tecnologia RFID semi-passiva

Un passo avanti rispetto al tag passivo è il tag semi-passivo. In un sistema semi-passivo, i tag hanno una sorta di batteria incorporata, ma non un trasmettitore attivo. Questo significa che utilizzano ancora una tecnologia di accoppiamento induttivo o radiativo per comunicare, limitando il loro raggio rispetto a un sistema attivo. La batteria può però supportare sensori e memoria con consumo energetico.

Vantaggi dei tag RFID semi-passivi

• Medio raggio - la ragione per cui i tag passivi hanno raggio di lettura così corto è perché hanno bisogno di esser vicini a un reader per accendersi. Il raggio di accensione è molto più corto del raggio di comunicazione. I tag semi-passivi invece possono utilizzare le loro batterie per alimentare i loro circuiti integrati. La loro limitazione è quindi il raggio di comunicazione e non quello di alimentazione. Un sistema semi-passivo può leggere tag a oltre 30 metri di distanza.
• Componenti attivi - i tag semi-passivi sono in grado di supportare sensori e memoria grazie alla batteria integrata. Se hai un'applicazione che richiede alcuni sensori e memoria, ma non ha bisogno di un raggio estremamente ampio, potresti poter utilizzare un RFID semi-passivo.
• Costo medio - i tag semi-passivi sono più costosi dei tag passivi ma sicuramente più economici dei tag attivi.
• Bassa rumorosità - proprio come i tag passivi, i tag semi-passivi non aggiungono molto rumore all'ambiente.

​​Svantaggi dei tag RFID semi-passivi

• Richiedono un reader - anche se i tag semi-passivi non si affidano a un reader per l'alimentazione, ne hanno comunque bisogno per comunicare.
• Durabilità limitata - la presenza di una batteria limita automaticamente il ciclo di vita di un tag semi-passivo. Invece di 20 anni, un tag semi-passivo potrebbe durare dai 2 ai 7 anni. Inoltre, un tag con batteria ha bisogno di condizioni ambientali più miti rispetto a un tag con solo un circuito integrato e un'antenna.

Sistemi RFID attivi

La forma più complessa di RFID è il tag RFID attivo. I tag attivi hanno una batteria più grande e utilizzano un trasmettitore attivo invece di uno passivo. Un trasmettitore attivo necessita di una batteria maggiore, capace di alimentare un processore più veloce e altri componenti ad alta intensità energetica.

Vantaggi dei tag RFID attivi

• Lungo raggio - un trasmettitore attivo può comunicare su lunghe distanze. I tag RFID attivi possono avere un raggio di lettura di oltre 90 metri, 3 volte superiore ai tag semi-passivi.
• Reader a bassa potenza - poiché i tag attivi utilizzano un'antenna alimentata, non devono fare affidamento su un interrogatore ad alta potenza per tutta la forza del segnale.
• Maggior numero di componenti - aggiungendo una batteria più grande, è possibile utilizzare un processore più potente, più sensori, più memoria e più componenti in generale. Se il tuo tag deve poter fare cose diverse, un tag RFID attivo potrebbe essere la scelta migliore per te.

​​Svantaggi dei tag RFID attivi

• Costo elevato - mentre i tag passivi possono costare meno di 10 centesimi per unità, i tag RFDI attivi arrivano a costare fino a 20€ per tag.
• Durabilità limitata - un tag RFID attivo è generalmente pensato per avere un ciclo di vita della batteria di 3-5 anni. Quando la batteria di esaurisce, sarà necessario sostituire il tag.
• Peso e dimensioni - rispetto a un tag passivo sottile come un foglio di carta, i tag attivi sono molto più massicci. Le batterie sono pesanti e occupano spazio. Se vuoi un tag che si infili fra le pagine di un libro, i tag attivi probabilmente non fanno al caso tuo.
• Rumorosità - l'utilizzo di un trasmettitore attivo aggiungerà rumore all'ambiente. Scopri come il rumore di un tag attivo può influenzare il tuo sistema.​

Riassunto vantaggi e svantaggi tag RFID

Sebbene siano molti i pro e contro dei tag RFID passivi, semi-passivi e attivi, queste sono le cose più importanti da ricordare:

• I tag passivi non possono supportare sensori né memoria e hanno un raggio limitato.
• I tag semi-passivi hanno un raggio medio e sono economicamente convenienti.
• I tag attivi possono fare molte cose ma sono più ingombranti, costosi e pesanti.

​​Padrone di questa conoscenza, puoi ora scegliere il miglior tag RFID da utilizzare nel tuo prossimo progetto.

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