А. Гусаров

Еще несколько слов о компонентах RFID компании Texas Instruments

Компания TEXAS INSTRUMENTS (TI) широко известна в мире как один из ведущих производителей компонентов систем радиочастотной идентификации (RFID). Выпускаемые подразделением TI RFID низкочастотные транспондеры применяются для контроля доступа, производства автомобильных противоугонных систем, автоматизации в логистике и на производстве. Новая технология Tag-It Inlay ещё более расширяет диапазон возможных применений RFID, в первую очередь, благодаря дешевизне транспондера и возможности реализации антиколлизионного радиопротокола.

Специалисты, работающие в ЗАО "СКАНТИ-Рус", с 1993 года поддерживают тесные партнёрские отношения с техническим персоналом подразделения TI RFID. В компании ЗАО "СКАНТИ-Рус" накоплен определённый опыт работы по практическому использованию технологий RFID среднечастотного диапазона.

Этот опыт, а также желание помочь российским инженерам успешно интегрировать технологии TI RFID в законченные системы, позволяет нам выступить с предлагаемой публикацией, знакомящей широкий круг читателей CHIP NEWS с практикой применения технологии RFID 13,56 МГц.

В последнее время технология RFID 13,56 МГц получает всё более широкое распространение. К очевидным преимуществам этой технологии, по сравнению с RFID низкочастотного диапазона, можно отнести:

• возможность реализации антиколлизионного протокола обмена;
• высокую технологичность производства транспондеров (Inlay), а следовательно, их низкую стоимость;
• большую информационную ёмкость;
• соответствие открытым международным стандартам (ISO/IEC 15693, ISO/IEC 14443).

Тем не менее, если говорить о нашей стране, то, к сожалению, такие системы до сих пор не очень популярны в России. Во многом это связано с особенностями развития отечественного рынка RFID. Дело в том, что покупка готовой системы, обладающей нужными пользовательскими характеристиками, у западных производителей - достаточно дорогое удовольствие. В частности, стоимость одного только ридера с радиусом действия более 1 м достигает $2000. Кроме того, для ряда применений, таких как обслуживание конвейеров, почтовая сортировка и пр., конструкция антенны ридера определяется особенностями технологического процесса. В связи с этим, конечные пользователи RFID-систем предпочитают пользоваться услугами российских разработчиков.

Проблемы, с которыми сталкиваются разработчики в первую очередь:

• выбор радиопротокола обмена;
• выбор конфигурации системы;
• специфика создания и настройки антенн.

При создании любой новой системы радиочастотной идентификации в первую очередь встаёт вопрос о её характеристиках. Наиболее важными среди них являются:

• радиопротокол обмена;
• количество транспондеров на один считыватель;
• дальность записи и считывания;
• потребность в антиколлизионном протоколе;
• время считывания.

В зависимости от назначения, система радиочастотной идентификации должна считывать информацию с транспондера, записывать информацию, при необходимости блокировать или защищать паролем участки памяти, доступной для чтения и записи.

Для решения большинства задач охраны доступа, логистики, учёта и сортировки оптимальным является радиопротокол, удовлетворяющий требованиям ISO/IEC 15693. Такой транспондер содержит собственный 64-разрядный ID-номер и 2 Кбит энергонезависимой пользовательской памяти. Информация хранится в памяти транспондера блоками по 64 разряда. Ридер имеет возможность обращаться к любому блоку по его номеру. Большой объём пользовательской памяти и позволяет реализовать эффективные способы защиты, записываемой в транспондер.

В ряде случаев, когда система не работает с переменной информацией, процесс идентификации осуществляется по собственному ID-коду. Это позволяет уменьшить интервал времени считывания, что важно при идентификации движущихся объектов.

Если для идентификации объекта достаточно 32-разрядного ID-кода, целесообразно воспользоваться радиопротоколом Tag-It HF (Texas Instruments). Транспондер с протоколом Tag-It HF имеет 32-разрядный ID-код и 256 бит пользовательской памяти, организованной в виде восьми 32-разрядных блоков.

Применение транспондеров стандарта ISO/IEC 14443, разработанного для смарт-карт, целесообразно, на мой взгляд, только при разработке сертифицируемых платёжных систем. В случае, когда проектируемая система должна содержать небольшое количество считывателей и большое количество транспондеров (например, системы контроля доступа), самостоятельная разработка ридера не имеет смысла. Стоимость такой системы определяется в основном стоимостью транспондеров. Поэтому целесообразнее использовать готовые конструкции, содержащие в себе антенну, радиоканал и стандартный интерфейс обмена.

В качестве примера можно порекомендовать ридеры RI-H4R-S5H3-00 и RI-H4R-S6H3-00 производства Texas Instruments. Они работают в диапазоне температур -20...+40ºС и позволяют реализовать интерфейсы RS485 и Wiegand, что существенно упрощает создание сетевых решений системы. В ряде случаев конфигурация системы не позволяет использовать стандартный считыватель. Однако по-прежнему, если число ридеров в системе существенно меньше числа транспондеров, разработчику системы удобно воспользоваться готовым модулем. Для таких решений компания Texas Instruments предлагает плату микроридера RI-STU-TRDC-02.

При мощности излучения 120 мВт такой модуль позволяет обеспечивать дальность считывания 20–26 см. Модуль предназначен для работы с 50-Ом антенной, настроенной на частоту 13,56 МГц с добротностью около 30. Для оптимального согласования с ридером антенна должна иметь КНД* 1:1.2. Для считывания, записи и блокирования информации используется магнитная составляющая поля Н (электрическая составляющая поля не используется). Длина подводящего коаксиального кабеля может достигать 8 м. Отметим, что для успешной работы транспондера требуется напряжённость поля не хуже 152 dBµV/m.

Методики расчёта и точной настройки антенн диапазона 13,56 МГц достаточно сложны и требуют специального изложения, поэтому на этапе освоения технологии рекомендуется пользоваться готовыми конструкциями антенн. На рис. 1 приведена простая конструкция рамочной антенны.

Рисунок 1. Рамочная антенна и настроечные элементы

Антенна изготавливается из медной трубки диаметром 5 мм. Внешний диаметр рамки составляет 150 мм. Места распайки центральной жилы и "земли" коаксиального кабеля, с волновым сопротивлением 50 Ом разделены расстоянием 80 мм. В разрез трубы впаиваются сопротивление номиналом 47 кОм и ёмкость 330 пФ. Для точной настройки антенны параллельно им впаивается подстроечный конденсатор на 60 пФ.

Для настройки такой антенны по частоте можно использовать простой пробник, изготовленный из транспондера Tag-It Inlay (рис. 2).

Рисунок 2. Пробник на базе транспондера Tag-It Inlay и его принципиальная схема

В качестве эталонной используется антенна транспондера Tag-It Inlay. В случае резонанса передающей и эталонной антенн показания вольтметра будут максимальными.

Дальность действия системы, собранной на базе микроридера, может быть увеличена за счёт внесения в неё дополнительного каскада усиления запросного сигнала. На практике антенна размером 50x50 см при выходной мощности 800 мВт может обеспечить дальность чтения более метра. Дальность записи составляет около 70% от этого значения. Обычно эти значения являются оптимальными по критерию дальность/безопасность.

В случае, когда количество транспондеров, приходящихся на один ридер, в проектируемой системе невелико, представляется целесообразным разработка собственной конструкции ридера. Основой такой разработки может послужить микросхема RI-R6C-001A производства Texas Instruments.

Принципиальная схема ридера, собранного на базе микросхемы RI-R6C-001A, имеет вид, представленный на рис. 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема ридера на базе микросхемы RI-R6C-001A

При напряжении питания 5 В мощность передатчика составляет около 200 мВт на нагрузку 50 Ом, что позволяет реализовать дальность до 30 см.

Надеемся, что высказанные рекомендации будут содействовать быстрейшему внедрению технологий и аппаратуры RFID на отечественном рынке электронной техники.