Zalety i wady aktywnych oraz pasywnych technologii RFID dla PCB

Gdy projektuję nową płytkę drukowaną lub inny produkt, jednym z najtrudniejszych momentów jest dla mnie wybór, których dokładnie komponentów powinienem użyć. Wydaje się, że każda dostępna obecnie technologia wymaga innej konfiguracji celem osiągnięcia najlepszej wydajności. Nawet jeśli pracujesz z dość prostą technologią, taką jak płytka drukowana z identyfikacją radiową (RFID), istnieje wiele możliwych typów do wyboru. Podczas gdy każdy typ znacznika RFID używa aktywnego czytnika, tagi dla każdego układu są już różne. Istnieją trzy główne kategorie technologii RFID, bazujące na rodzajach tagów: pasywne, semipasywne oraz aktywne. Każdy z nich ma swoje zalety i wady, które mogą pomóc w podjęciu decyzji, czy jest on odpowiedni dla danej aplikacji.

Dołącz i wypróbuj Altium Designer^® 20 już dziś. 

Pasywne RFID

Najprostszą z trzech konfiguracji RFID jest taka, która wykorzystuje aktywny czytnik i pasywny znacznik. Pasywne tagi RFID składają się tylko z dwóch komponentów: układu scalonego (IC) i anteny. Co istotne, pasywne etykiety RFID nie zawierają stałego źródła zasilania ani baterii.

Pasywne znaczniki systemu RFID nie potrzebują baterii, ponieważ pobierają energię z sygnału zapytania czytnika. Aby odczytać znaczniki w tym układzie, czytnik wysyła potężny sygnał do wszystkich znaczników w jego zasięgu. Znaczniki odbierają następnie ten sygnał na swoich antenach i wykorzystują pobraną energię do zasilania układów scalonych. Po zakończeniu zadań przez procesory, znaczniki wykorzystują sprzężenie indukcyjne i sprzężenie propagacyjne do komunikacji z czytnikiem. Wszystkie te cechy oznaczają, że korzystanie z systemu pasywnego ma wiele zalet i wad.

Zalety

• Tanie - Ponieważ znaczniki systemu RFID składają się z maksymalnie trzech elementów (układ scalony, antena, obudowa), mogą być dość tanie.
• Lekkie - Minimalistyczny design pasywnych znaczników oznacza również, że nie mają one zbyt dużej masy.
• Trwałe - Inne znaczniki, które korzystają z baterii, mogą mieć żywotność od 3 do 5 lat. Wytrzymałość pasywnych tagów zależy od materiałów, z których są wykonane oraz otoczenia, w którym działają. Jeśli zostaną umieszczone w łagodnym środowisku, mogą działać nawet do 20 lat.
• Ciche - Układy wykorzystujące sprzężenie indukcyjne i sprzężenie propagacyjne bez aktywnej anteny, prawie nie generują szumów. 

Wady

• Krótki zasięg - Brak aktywnej anteny oznacza, że tagi pasywne mają bardzo krótki zasięg. Znaczniki działające w zakresie od niskich do wysokich częstotliwości, mogą mieć maksymalny zasięg komunikacji wynoszący 60 cm. Jeśli korzystają z bardzo wysokiej częstotliwości, mogą uzyskać zasięg do 6 metrów, co wciąż jest stosunkowo niewielkim zasięgiem.
• Ograniczona pojemność - Nawet najbardziej nieulotna pamięć (NVM) wymaga zasilania, aby jej zawartość nie uległa degradacji. Bez wbudowanej baterii pasywne tagi nie mogą przechowywać zbyt wielu informacji.
• Wymaga czytnika - Znaczniki pasywne wymagają czytnika o dużej mocy do ich załączenia.
• Bez czujników - Większość czujników wymaga stałej mocy do działania i może wymagać pamięci do przechowywania danych. To sprawia, że tagi pasywne nie nadają się do zastosowania w wykrywaniu.

_{Znaczniki pasywne PCB RFID mogą być tak cienkie jak kartka papieru}

Semipasywna technologia RFID

Krokiem wyżej od znaczników pasywnych są znaczniki semipasywne. W systemie semipasywnym tagi będą wyposażone w jakiś rodzaj baterii pokładowej, ale nie będą miały aktywnego nadajnika. Oznacza to, że nadal używają sprzężenia indukcyjnego lub propagacyjnego do komunikacji, co pozostawia im krótszy zasięg niż system aktywny. Ta bateria wspiera również działanie sensorów oraz pamięci wymagającej zasilania.

Zalety

• Średni zasięg - Jednym z głównych powodów, dla których tagi pasywne mają tak krótki zasięg odczytu jest to, że muszą być blisko czytnika, aby się uruchomić. Zasięg włączania jest znacznie krótszy niż zasięg komunikacji zwrotnej. Znaczniki półpasywne mogą wykorzystywać baterie do zasilania swoich układów scalonych, co oznacza, że są one ograniczone raczej przez zasięg komunikacji niż przez krótszy zasięg zasilania. System semipasywny może odczytywać znaczniki na 30 metrów lub więcej.
• Elementy aktywne - Znaczniki półpasywne są w stanie obsługiwać czujniki i pamięć ze względu na baterię pokładową. Jeśli do twojego zastosowania potrzebne są jakieś czujniki oraz pamięć, lecz nie potrzebujesz bardzo dużego zasięgu, możesz użyć semipasywnego tagu RFID.
• Średni koszt - Tagi semipasywne są droższe niż tagi pasywne, ale z pewnością tańsze niż tagi aktywne.
• Niewielki szum - Podobnie jak w systemie pasywnym, tagi semipasywne nie dodają zbyt wiele szumu do otoczenia.

Wady

• Wymagają czytnika - Nawet jeśli tagi semipasywne nie wymagają czytnika do zasilania, nadal potrzebują go do komunikacji.
• Ograniczona trwałość - Obecność baterii automatycznie ogranicza żywotność znacznika. Zamiast 20 lat możesz spodziewać się od 2 do 7 lat działania. Ponadto, tag z baterią będzie wymagał łagodniejszego środowiska pracy w porównaniu do tego z samym układem scalonym i anteną.

Aktywne systemy RFID

Najbardziej zaawansowaną technologią RFID jest aktywne RFID. W technologii tej znacznik ma większą baterię oraz używa aktywnego nadajnika zamiast pasywnego. Aktywny nadajnik wymaga większej baterii, która może również zasilać szybszy procesor i inne bardziej energochłonne komponenty.

Zalety

• Duży zasięg - Aktywny nadajnik może komunikować się na większe odległości. Tagi aktywne mogą mieć zasięg odczytu większy niż 90 metrów, czyli ponad 3 razy większy od znaczników semipasywnych.
• Czytniki o niskim poborze mocy - Ponieważ tagi aktywne wykorzystują antenę z zasilaniem, nie muszą polegać na czytniku o dużej mocy, aby uzyskać pełną moc sygnału.
• Więcej komponentów - Po dodaniu większej baterii, możesz również użyć mocniejszego procesora, większej liczby czujników, czy więcej pamięci - ogólnie więcej komponentów. Jeśli twój znacznik musi robić wiele różnych rzeczy, aktywny tag może być najlepszym wyborem.

​​Wady

• Drogie - Podczas gdy tagi pasywne mogą kosztować mniej niż 10 centów za sztukę, tagi aktywne mogą kosztować nawet 20 dolarów.
• Ograniczona trwałość - Aktywne tagi RFID są na ogół zaprojektowane tak, aby miały od 3 do 5 lat żywotności baterii. Jednak po wyczerpaniu się baterii musisz zdobyć nowy znacznik.
• Duże i ciężkie - W porównaniu z tagiem, który jest tak cienki jak kartka papieru, aktywne tagi są ogromne i ciężkie. Baterie dużo ważą i zajmują więcej miejsca. Jeśli potrzebujesz, aby twoje tagi zmieściły się między kartkami książki, powinieneś zrezygnować z tych aktywnych.
• Głośne - Korzystanie z aktywnego nadajnika spowoduje generowanie szumu w otoczeniu. Upewnij się, że wiesz jak aktywny tag wpłynie na system.

_{Możesz użyć aktywnego systemu technologii RFID PCB do skanowania całego magazynu}

Chociaż istnieje wiele zalet i wad pasywnych, semipasywnych i aktywnych systemów technologii RFID, oto najważniejsze rzeczy do zapamiętania:

• Tagi pasywne nie obsługują czujników ani pamięci i mają krótki zasięg
• Semipasywne mają średni zasięg i wciąż mogą być tanie
• Aktywne tagi mogą robić wiele rzeczy, ale są duże, drogie i ciężkie

Uzbrojony w tę wiedzę, możesz wybrać najlepszy typ technologii RFID do wykorzystania w następnym projekcie. 

Korzystając z tagów RFID, możesz wybierać spośród wielu typów, ale jeśli chodzi o projektowanie płytek drukowanych, wybór może być wręcz przytłaczający. Dlatego ważne jest, aby korzystać z dobrego oprogramowania, które pomoże Ci przejść przez cały proces projektowania. CircuitStudio^® ma szeroki wybór narzędzi, które pomogą w podjęciu właściwych decyzji projektowych.

Masz więcej pytań dotyczących technologii RFID? Skontaktuj się z ekspertem w Altium.