无源RFID标签结构组成以及工作原理

无源RFID标签结构组成以及工作原理

无源RFID标签本身不带电池，依靠读卡器发送的电磁能量工作。由于它结构简单、经济实用，因而获得广泛的应用。无源RFID标签由RFID IC、谐振电容C和天线L组成，天线与电容组成谐振回路，调谐在读卡器的载波频率，以获得最佳性能。
生产厂商大多遵循国际电信联盟的规范，RFID使用的频率有6种，分别为135KHz、13.56MHz、43.3-92MHz、860-930MHz即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz。无源RFID主要使用前二种频率。
RFID标签结构
RFID标签天线有两种天线形式：1）线绕电感天线；2）在介质基板上压印或印刷刻腐的盘旋状天线。天线形式由载波频率、标签封装形式、性能和组装成本等因素决定。例如，频率小于400KHz时需要mH级电感量，这类天线只能用线绕电感制作；频率在4~30MHz时，仅需几个礖，几圈线绕电感就可以，或使用介质基板上的刻腐天线。
选择天线后，下一步就是如何将硅IC贴接在天线上。IC贴接也有两种基本方法：1）使用板上芯片COB）；2）裸芯片直接贴接在天线上。前者常用于线绕天线；而后者用于刻腐天线。CIB是将谐振电容和RFID IC一起封装在同一个管壳中，天线则用烙铁或熔焊工艺连接在COB的2个外接端了上。由于大多数COB用于ISO卡，一种符合ISO标准厚度0.76）规格的卡，因此COB的典型厚度约为0.4mm。两种常见的COB封装形式是IST采用的IOA2MOA2）和美国HEI公司采用的WorldⅡ。
裸芯片直接贴接减少了中间步骤，广泛地用于低成本和大批量应用。直接贴接也有两种方法可供选择，1）引线焊接；2）倒装工艺。采用倒装工艺时，芯片焊盘上需制作专门的焊球，材料是金的，高度约25祄，然后将焊球倒装在天线的印制走线上。引线焊接工艺较简单，裸芯片直接用引线焊接在天线上，焊接区再用黑色环氧树脂密封。对小批量生产，这种工艺的成本较低；而对于大批量生产，最好采有倒装工艺。
基本工作原理
无线RFID标签的性能受标签大小，调制形式、电路Q值、器件功耗以及调制深度的极大影响。下面简要地介绍它的工作原理。
RFID IC内部备有一个154位存储器，用以存储标签数据。IC内部还有一个通导电阻极低的调制门控管CMOS），以一定频率工作。当读卡器发射电磁波，使标签天线电感式电压达到VPP时，器件工作，以曼彻斯特格式将数据发送回去。
数据发送是通过调谐与去调谐外部谐振回路来完成的。具体过程如下：当数据为逻辑高电平时，门控管截止，将调谐电路调谐于读卡器的截波频率，这就是调谐状态，感应电压达到最大值。如此进行，调谐与去调谐在标签线圈上产生一个幅度调制信号，读卡器检测电压波形包络，就能重构来自标签的数据信号。
门控管的开关频率为70KHz，完成全部154位数据约需2.2ms。在发送完全部数据后，器件进入100 ms的休眠模式。当一个标签进入休眠模式时，读卡器可以去读取其它标签的数据，不会产生任何数据冲突。当然，这个功能受到下列因素的影响：标签至读卡器的距离、两者的方位、标签的移动以及标签的空间分布。