יישום Fsk רדיו בעוצמה נמוכה (מעודכן) תגיות

מבוא

טכנולוגיית Identification של רדיו (RFID) התפתחה מיישומים לוגיסטיים נישה לתוך עמוד השדרה של ניהול מלאי מודרני, מעקב נכסים, בקרת גישה, ואפילו תשלומים ללא מגע.כפי שפריסות RFID בקנה מידה לתוך עשרות מיליארדי תגים מדי שנה, הביקוש להורדת עלויות הפעלה נמוכות, תגים כוח נמוך כי עדיין לספק תקשורת אמינה יש להגביר את זה.

מימון של RFID ושינויים

כיצד פועל RFID פסיבי

לתגי RFID פסיביים אין סוללה פנימית.במקום, הם לקצור אנרגיה מהגל המתמשך (CW) הנפלט על ידי הקורא. a rectifier and Stressreg להמיר את נושאת RF לאספקת DC. כדי להעביר נתונים בחזרה לקורא, התג משנה את נושא האירוע - טכניקה הנקראת backscatter Modulation. in עיצובים מוקדמים, Ampliude Shift Keying (KAS) היה נפוץ: את הפחתת תדרים חלופיים לתדירות גבוהה יותר מאשר שינוי אנטה.

למה שינוי משנה

לולאות משתנה ישירות על טווח התג, שיעור שגיאות מעט (BER), צריכת החשמל, וציות רגולטוריות. ב-RFS כוח נמוך, תוכנית המודולציה חייבת לאפשר זיהוי חזק ביחסי אות נמוך מאוד, תוך שמירה על המעגל פשוט מספיק כדי להתאים בשלב זעיר של סיליקון אזור, FSK משיג זאת באמצעות שני תדרים נפרדים: אחד המייצג "סימן" בינארי (סימן) ו-"מחדש"מתאים" למתח נמוך יותר לתדירות נמוכה יותר מאשר ל-Ficolrepertexerdowerdows פחות, מאשר ל-FK.

הבנה FSK ב-RFSK

תדירות שינוי המפתח להסביר

בצורתה הפשוטה ביותר, FSK מקודמת נתונים בינאריים על ידי הדבקה בין שני תדרי נושא f0 ו- f1.S. ⁇ p = ;f1 - f0 ושיעור הנתונים קובע את מדד המודולציה.עבור RFID בעוצמה נמוכה, בחירה משותפת היא FSK עם ⁇ f קבוע על מנת של עשרות עד מאות קילוהרץ, אשר מתאים בתוך ספקטרום מבוזר 2.

FSK Variants for Low Power: FSK vs MSK לעומת GFSK

מעבר ל- 2FSK הבסיסי, Shift Keying (MSK) הוא גרסה של FSK עם אינדקס מודולציה פסיבי של 0.5, הבטחת אותות אוט-קורד וביצועים BER מעולים ברעש לבן של Gaussian. MSK יש גם מעטפה קבועה ושלב מתמשך, מה שהופך אותו מתאים לתדירות לא ליניארית.

שיקולים מרכזיים עבור FSK ב- Low-Power

עיצוב אוסוציאטור ותדירות גבוהה

הלב של מודולר FSK הוא אווסטור. עבור תגים בעלי כוח נמוך, שלושה סוגים עיקריים נחשבים: LC טנק oscillators, oscillators גבישי, ו oscillators ההירגעות diRC יכול להיות ממריץ את ה-FLC-Ocillator (למשל, קולטי קירור), טמפרטורות טובות ותדירות בינונית, אבל את ה- MLCTercreceertst יכול להיות משולב יותר מ-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-S עדיין לא יכול לספק תדרים גדולים יותר ויותר גבוה יותר (אך) אבל עדיין לא יכול להיות משולב יותר מ-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-FLC-R) אבל עדיין לא יכול לספק תדרים (מתאים יותר) אבל עדיין לא יכול להיות משולב יותר מ-Ricercator (מתאים מרובים) אבל עדיין לא יכול להיות משולב יותר מדי פעם) אבל עדיין לא יכול להיות משולב יותר מ-FLC-Ricercator.

בחירת תדירות ההחלפה הנכונה ומילוי מחדש

(הבחירה של תדירות נושא ואסטייה חייבת לציית לתקנות האזוריות.עבור HF RFID (13.56 MHz), הלהקה ISM מאפשרת רוחב פס מקסימלי של עד 400 kHz.תוכנית FSK טיפוסית עשויה להשתמש 13.51 000 MHz ו 13.567 מ"ר HF"מ פועל לפי מדד ה- CLT2K2R2F2R2F1, אשר מ-R2F1R2FR2FR2FR) ו-R2F1, אשר פועל ב-R2FLT2F1, כלומר, כלומר, כולל 2, 000 CLT2FR2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2F1, 000 CLT2K1,

שלב ה- Modulation Circle toהתנצלות

כמה מעגלים להתנצלות יכולים להבין את המודולציה FSK בתגית כוח נמוכה:

• (FLT:0Switched Capacitor Array: ההרחבה 1) A binary-משקל מערך capacitor מחובר לטנקים המחודשים של אוסטר.השליטה הדיגיטלית ממכונה מדינה סופית בוחרת את הערך המתאים של capacitor עבור כל bit. שיטה זו מספקת לינאריות טובה ובשלבי הפסקה מינימליים, אך מתגי ה-Factytacitance ו-resist על אובדן כוח.
• (FLT:0) Voltage-Controlled Oscillator (VCO) עם בקרה ישירה ביאס:FLT:1 מתח השליטה של VCO הוא מדבק בין שתי רמות כדי לשנות את התפוקה. Ring oscillator VCOs הם מאוד קטנים ונמוכים, אבל התדירות שלהם היא עניה יותר, אך צורכת יותר כוח ושטח.
• (FLT:0)Load Modulation עם שני מטעים:FLT 1 ב FSKHz מבוסס גבסקל, מתגי המנטר בין שני אימפולסים (למשל, Z1 ו- Z2) בשיעורים התואמים את שני התדרים.עבור FSK subcarrierulation, שיעור המעבר עצמו הוא הפרמטר המנוי: מתגים בגובה של 400 גרם) לדרגה נמוכה יותר (k) ל- k.

בכל ההתנצלות, יש לקחת את הטיפול כדי למזער גירוד במהלך מעברי תדרים.שינוי תדירות Gradual (continent-phase FSK) מקטין את ה-SK של ספקטרלי וסימול את ההתאוששות של המוביל של המקלט.

ניהול חשמל ומאמץ

פעולה בעלת כוח נמוך היא חובה עבור תגים פסיביים.התקציב הנוכחי הכולל לתג שלם (כולל זיכרון, לוגיקה ומודולציה) הוא לעתים קרובות מתחת ל 10 מיקרוA מ-1.5 V אספקת 1.5 V.המודולטור FSK חייב לפעול ביעילות בתוך התקציב הזה.טכניקות כוללות:

• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ (ד') , ⁇ ו-Moderulator (המכונה של תג) מתעוררים רק כאשר מקבל פיקוד קורא.
• (FLT:0Subthreshold Act: FLT:1 לוגיקה דיגיטלית ואפילו כמה oscillators RF ניתן להפעיל באזור תת-קרקעי (Vgs מתחת למתח סף) כדי להפחית את הנוכחי, אם כי במהירות נמוכה יותר.
• (FLT:0)אנרגיה קצירת אופטימיזציה:FLT:1 יעילות המאמת משפיעה ישירות על הכוח הזמין עבור Modulation. Schotky diodes או אפס-VtMoFET עם ירידה נמוכה קדימה משמשים כדי למקסם את המתח המקצר. A כוח ניהול יחידת ניהול כוח (PMU) מאחסן ומסדיר את האספקה עבור המנול.

היתרונות של FSK ב-RFSK ב-RFS

FSK מציע הטבות ביצועים חד-משמעיות בפריסה של העולם האמיתי של RFID.ראשון, המעטפה הקבועה שלו פירושה כי מגבר כוח של התג (אם בכלל) יכול להיות מופעל בשקע מבלי לעוות את הנתונים, מניב יעילות גבוהה יותר מאשר מגברי לינארי הדרושים עבור ASK סימולציות מהירות, כי זיהוי מבוסס על תדירות, FK דוח באופן חדיר רעש מרעש חיצוני כגון תאורה פשוטה של אינדקס FK5, במיוחד כדי להשיג את התדירות גבוהה יותר.

אתגרים ופתרונות מעשיים

תדירות Drift ו Compensation

oscillators כוח נמוך רגישים מטבעם לטמפרטורה ולאספקת וריאציות מתח.התדירות סחף יכול לגרום לשני טון FSK לעבור מתוך פתרונות הזיהוי של הקורא כוללים:

• (FLT:0) בקרת תדירות אוטומטית (AFC): קיד 1) הקורא מודד את ערכת נושא התווית ומתאים את אווסוציאל המקומי שלו או ליישם גורם תיקון.זה דורש רצף אימונים מהתג.
• (FLT:0) Crystal-backed calibration:FLT ( 1:1 כמה תגים כוללים oscillator גבישי נמוך (למשל, 32.768 kHz) המשמש למקם את תקופת ה- RF oscillator באופן , אבל זה מוסיף עלות וגודל.
• (FLT:0) הטיה ממושמעת: אנדרל 1 (A Bandgap Reference and טמפרטורה חיישן יכול ליצור שיעור הטיה הנוכחי לטמפרטורה מוחלטת (PTAT) כדי לשמור על הפלט של אוסטר יציבה.זה מוסיף בערך 1 μA של זרם, אשר מקובל על יישומים רבים.

בחירה מינימלית ובחירה

תגי RFID חייבים להיות דקים, גמישים, ולעתים קרובות חד פעמיים.ה in a LC oscillator הוא הרכיב הגדול ביותר, בדרך כלל פצע כספירלה מודפסת על תת-האנטנה של התג Integrated in ducors עם Q גבוה (>20) דורש שכבות נחושת ועיצוב זהיר.

המונחים: reulatory Limits

(התקנים המסוכנים של ASLT) מגבילים את האנרגיה המוקרן ואת פליטות ה-FLT:0ITU-R ההמלצות של ASLT 1 ו-National מפרטים כי רוחב הפס של האות FSK-20 dB של PSK חייב לא לעלות על רוחב התצוגה של ה- FG2KHz (אך חייב להיות מצמצם את ה-Fvates) באופן קבוע ב- 915 MKHz, ההנפקה המותרת עם מדד של מדד ה-DIB הוא מספר קידודים של ה-FK.

טכניקות ל-FSK Readers

המונחים: non-Coherent Detection

שיטת ההדגמה של הקורא יכולה להשתמש בזיהוי קוהרנטי (הסברה של שלב סינתזה עם נושא התג) או זיהוי לא קבוע.זיהוי קוהרנט, אשר מתואמים את האות המתקבל עם אזכור שנוצר מקומי, מציע בערך 3 dB רגישות טובה יותר ברעש גאוסיאנים לבן.

עלויות מול ביצועי המסחר

הפשטות של FSK מאפשרת לקורא להשתמש במיקסר חד-צדדי ופילטר נמוך-pass ואחריו ממיר-ל-להימור הכולל (FVC) ניתן לבנות עם לולאה שננעלה בשלב או משאבה בתשלום, אבל עבור יישומים רבים מתאם קל וגלומנט פשוט מספיק.

השוואת FSK עם שינוי אחר

ב-RFD, תוכניות ה-Backscatter הנפוצות ביותר הן ASK (על-off keying) ו-PSK (המפתחת שינוי פאזה). FSK מציעה שינויים מסחריים נפרדים:

• (FLT:0)ASKIRLT:1) הוא פשוט ליישם את התג (טרנסטור יחיד מעבר העומס) עם זאת, ASK רגיש וריאציות amplitude הנגרמת על ידי תנועת תג, משקף קרוב, ורב-פתפטיים. בתגים פסיביים, ASK יכול גם לגרום למתח DC הקציר לניתוק במהלך תקופות "off", צמצום כוח המשיכה FS, שיפור כוח מתמשך, כוח .
• (FLT:0 PSKFLT:1) מספק 3 dB רגישות תיאורטית טובה יותר מאשר FSK עבור אותו שיעור נתונים, אבל דורש דמודטור קוהרנטי על הקורא ומודולטור שלב על התג שיכול לייצר שינוי מדויק 180 מעלות צלזיוס בדרך כלל לצרוך יותר כוח מאשר מתג פשוט FSKSK הוא שלב סובלני יותר של ulator הוא יעיל יותר כאשר הוא משתמש ב- jcreative שלב של רעש, אשר הוא משתמש ב- josreativerative.
• (ב) ⁇ :0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור רבים לטווח בינוני (2-10 מ') יישומי UHF RFID פסיביים, התעשייה סטנדרט על ASK /PSK בשל תאימות מורשת.עם זאת, עבור יישומים נישה שבו יש למקסם את הטווח או איפה הסביבה היא קשה (למשל, תעשייתי, רפואי), FSK הוא חלופה אטרקטיבי.

יישומים אמיתיים ומקריות

ניהול מלאי במחסנים

חברת לוגיסטיקה גדולה פרסה תגי FSK מבוססי HF RFID למעקב אחר סחורות בעלות ערך גבוה בסביבה רועשת עם מדפים מתכת ומעבירים. המעטפה הקבועה של FSK אפשרה לקריאה אמינה גם כאשר התגים על משטחי מתכת נעים.התגים השתמשו ב-pacitor LC LC LC LC LC LC הרץ עם סטייה של 15 k.

שתלים רפואיים ולבושים

מכשירים רפואיים מותאמים (למשל, חיי גלוקוז) דורשים תקשורת אולטרה-נמוכה כדי לשמר את חיי הסוללה. צוות מחקר עיצב תג פס FSK backscatter הפועל ב 403 MHz (MICS) את התג השתמש ביישומים Varactor-tuned LC oscillator עם צריכת חשמל כוללת של 5 מיקרו-W.FSK חזק נגד שריר ורקמות אשר אפשרו כמשמעות מערכת רדיו של CMSULD).

כרטיסי תשלום ללא מגע

חלק ממערכות תשלום ללא מגע, במיוחד אלה הבאים ISO/IEC 14443, משתמשים ASK לתקשורת הקוראת-ל-תדבקת ומודולציה עומס (לעתים קרובות צורה של ASK) עבור תג-לקרא-ל-התג' עם זאת, FSK הוצעה עבור תגי תשלום מהירים הדור הבא של טרמינלים מתקדמים כדי להפחית את ההשפעה של וריאציות הפיכה צפופות.

כיוונים עתידיים

Backscatter FSK for Passive

ההתקדמות האחרונה בתקשורת אחורית הציגה את FSK על תת-קרר, שבו התג מתג את העומס שלו בקצב f sw כי עצמו משתנה בין שני ערכים.טכניקה זו, הנקראת מעכבי תדר, ביעילות ממיר את מדד העומס הפשוט של התג אפילו למודולק מופעל על ידי לוח זמנים קטן.

שילוב עם IoT ו- Edge Computing

ככל שהאינטרנט של הדברים מתרחב, תגי RFID מתפתחים לנקודות חישוביות שיכולות למעבד נתונים לפני השידור. Power FSK Power Modulators שניתן לשלב עם microcontrollers וחיישנים על שבב CMOS יחיד נמצאים תחת פיתוח פעיל.לדוגמה, תג N 65m CMOS משלב מעבד Cortex-M0 ו- FSKter צורך 50 מיקרוגרם ב-MScstation הנוכחי מאפשר אינטגרציה דיגיטלית של תאים (תת-DSKulator) כדי להשיג תוצאות CMS-DS-DSKten) באופן מקומי כדי להשיג CMKten (מתאים מתקדמים) ו-CMKten) כדי להשיג CMSKten) כדי להשיג CMSKten מעבדים מתקדמים של מעבדים מתקדמים של מעבדים מתקדמים של מעבדים מתקדמים (מתאים מתקדמים של מעבדים מתקדמים של מעבדים מתקדמים של מעבדים מתקדמים של מעבד Cortex-MKten) ו-MKten) ו-Mcten (מתאים מתקדמים ל-MKten (מתאים מתקדמים ל-M0.

אולטרה-Low-Power Oscillators

oscillator המתפתח להתנצלות כגון resonators MEMS ו גלי גלימה-אקטית (BAW) מציעים מאוד Q ויציבות תדר מעולה (עשרות של pm) תוך צריכת ננואטים של כוח. שילוב של reson כזה לתגי RFID יבטל את הצורך עבור כיבוד ותאפשר סטיות FSK צרה מאוד, צמצום רוחב פס כבוש ולהגדיל את יכולת קורא זה עדיין יכול להיות יותר ויותר יעיל.

מסקנה

יישום FSK בתגיות פחמן בעלות כוח נמוכה הוא בעיה הנדסית מנוסה הדורשת איזון עיצוב אווסצילטור, צריכת חשמל, תאימות רגולטורית, ועלות המערכת.טכניקה מציעה יתרונות עצומים בחזקות, יעילות קציר אנרגיה, ופשטות של קורא הדגמה, מה שהופך אותו מועמד חזק עבור יישומים שבהם תנאי ערוצים הם מאתגרים וטווח חייב להיות מרבי בעוד ש- ASKKerto-Rirdators יכול להמשיך לתפקד באופן קבוע, כדי להחליף את ה-Ferto-Ferto-Ratesivesives.