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RFID印刷半导体标准相前协议

RFID印刷半导体标准相前协议

发布日期:2020-02-13 15:14:42 作者:Ling 点击:11669

      现有的ISO/IEC 18000 EPC Gen2 规范需要75000~130000个晶体管才能得以实现。这种复杂程度符合传统半导体行业的单晶 IC 芯片要求, 但与目前正迅速崛起的新一代低成本全印刷RFID标签的要求相悖。为了避免零散的业界标准出现, 该行业需要进行反思并制定一套新的印刷RFID 的核心标准。全球 RFID技术主要的开发商以及半导体产业力推现已成熟的单晶标准来满足终端用户的要求。然而, 终端用户推动了低成本印刷RFID的标准化进程。

     RFID产业面临的下一步挑战是制定基于简单协议的新标准和实现基于TFT印刷半导体的标签结构。目前, 现有的技术标准都是围绕传统单晶 CMOS IC制定的。在传统单晶CMOS IC中, 较高复杂度和较多的晶体管数量并不是很严重的问题,在没有产生重大后果的情况下是可以承受的。然而, 印刷CMOS 半导体产业的兴起将带动产业的复苏, 同时要求回归到简单、有效系统结构电路的简约协议。iPico公司和EMarin公司的 Tag Talks First(TTF)、TTO 概念, 以及其他发布的和尚未发布的有关基于有限命令集的简约 Reader Talk First(RTF)提议成功诠释了该协议。RTF 协议使用了一些经过策略性筛选的可以考虑应用在可印刷标签的命令集, 但是这些争议也限制了印刷标签在很多应用领域的实用性和操作性的优势。即使是小协议, 采用基于阅读器命令的协议时, 其所需的标签状态机数字逻辑也可以很快
地统计出晶体管的数量。虽然人们力荐在供应链的应用中使用 RFID技术, 但是我们认为新兴的低成本RFID 将进军公共交通票务应用市场和迅速崛起的NFC应用。在这两项应用中, 查询区域只包含一个标签。低成本简约RFID 高频标签技术具有简易Tag Talks First(TTF)和 Tag Talks Only(TTO)“射频条形码”, 正在吸引人们发展品牌认证与保护、消费品促销、物品等级交互、资产管理和零售损失预防的兴趣。硅油墨印刷标签的厂商们 认为这些对成本高度敏感的市场将使EPC 市场萎缩, 所以对通过增加电路复杂性来解决防碰撞和自适应轮询问题并不感兴趣。但是本节没有提及这些问题, 在未来的应用中这些问题可能是至关重要的, 也可能是在印刷技术中增加晶体管数量的可行方案。然而, 由于受印刷标签晶体管数量的限制, 印刷协议、防碰撞和安全系统需要进行调整。在此之前的协议设计和架构必要时要进行精简, 尚未解决的复杂性问题限制了印刷电子产业进入供应链EPC 物品级标签市场。在实现全印刷电子RFID标签的情况下, 产业界需面临简约思想和低复杂度为导向的标签设计。
1. 1 精简的自适应轮询协议
    为实现传统单晶电子, 业界出现了诸多自适应轮询协议。但是印刷电子技术仍 无法实现大量晶体管的集成。我们认为通过简约协议可以消除标签群选择和检测微
弱应答标签的复杂处理, 开发碰撞监测中受限的标签动态区域检测, 能够得到用于一个比特的四个周期的前半周期或后半周期的子载波调制的自适应轮询协议。该协
议可以实现大约2500个晶体管的集成, 相信在不久的将来这样的晶体管数量将可 以进入商业应用。其府请端用户推动了低成本印刷RFID的标准化进程。
     14443-A 同步协议, 返回链路数据传输速率为106kbit/s。比特传送遵从 ISO/IEr14443-A(Sect. 8. 2)协议规范, 即106kbit/s的曼彻斯特编码和5%的847kHz的OOK调制。所有标签的反向链路参数、副载波频率、调制速率等都与已发布的ISO规范兼容。值得注意的是, Kovio 公司生产的标签使用全同步时钟, 这意味着这此标签容易被传统的14443、15693高频阅读器设备读取。Kovio公司生产的第一仲PIC标签被设计成ISO/IEC 14443-A协议简化子集。它们不执行任何转发链接命令。这种标签在上电复位或待机复位时可立即产生128位的有效载荷响应, 执行TTO 协议。然后, 只要查询区域持续供电, 该标签就会在随机睡眠间隔后重复传输, 从而有利于标签的读取, 同时增强了标签读取防碰撞能力。除去状态机逻辑电路和支持命令的外围电路后, 标签所需的晶体管数量大大减至约1000个。NFC阅读器硬件需要对固件进小幅改动以适应 TTO 通信协议, 该协议通常没有数据流量来控制整个协议的实现。需要注意的是, 副载波频率和内部时钟通过对13. 56MHz轮询载波频率直接下变频的方式获得。目前, 像这样的同步时钟和高速数据传输速率只有高性能的硅油墨TFT晶体管和CMOS电路能够实现。
       现已采用高频协议的硅印刷标签产品有NFC移动电话手持设备及其他标准的高频阅读器硬件设备。可以预见, 融合已安装的阅读器和IT基础设施以及向后兼 容性是实现未来印刷电子协议标准的前提条件。也许只需通过升级小固件为可读取的PIC标签即可实现。阅读器硬件或嵌入最新NFC阅读器的芯片集都保持不变。

     对于采用 ISO/IEC 14443-A 高频协议的印刷电子标准仍存在争议。人们迫切需要具有与厘米级读取距离相适应的近距离读取、适度防碰撞能力的标准, 从而限
制读取区域中标签数量。
1. 3 TOTAL 协议
     源自 IPICO 协议的 ISO 18000-6(c)标准是每秒发出50个标签(或者更多)的简单防碰撞协议(见http://www. ipico. com。该协议以Tag Only Talks After Lis-tening(TOTAL)命名)。当印刷标签制造商的兴趣从单一标签应用领域转移到多标签领域时, 这种无需先侦听的协议引起了关注。人们认为TTO 协议能够满足很多现实应用中的要求。修改后的TTO 协议是适合于印刷电子技术且拥有较少晶体 管数量的协议的典型代表, 但它仍适用于RFID应用。当开发一个新的印刷电子标准时, 标签构造、协议和电路复杂性既不是有益的也不是必要的。
     目前RFID产业中具有洞察力且注重实效的研究者已经懂得如何权衡复杂性、性能和成本三者之间的关系。这也是简单TTO 协议在零售和其他应用领域上受从迎的原因。简单TTO协议的衍生协议TOTAL 已经整合到ISO/IEC 18000-6 UHF标准的修订版和SC31技术分委员会工作组批准的草案更新版中。以无缝随机延迟和标签碰撞重传为基础的TTO/TOTAL协议有一个突出的特点, 即阅读器中没有前问

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关键词: RFIDRFID印刷半导体标准相前协议

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