Bestandteile eines RFID-Systems

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1 Bestandteile eines RFID-Systems WCOM1, RFID, 1 typisch wenige cm bis wenige Meter Applikation RFID- Reader Koppelelement (Spule, Antenne) lesen Daten Energie,Takt schreiben, speichern Transponder meist mit Chip Datenübertragung für Frequenzen 135 khz und MHz induktiv über ein Nahfeld < λ/2π Prinzip «offener Trafo» grosse Mehrheit der heute verkauften Systeme H-Feld nimmt mit 1/d 3 bzw. 60 db / Dekade ab, Reichweite x cm bis max. 1 m in ISM-Bändern bei 868 MHz, 2.4 GHz und 5.8 GHz elektromagnetisch im Fernfeld EM-Feld nimmt mit 1/d bzw. 20 db / Dekade ab, Reichweite 3-8 m

2 RFID-Transponder WCOM1, RFID, 2 Spulen (induktiv, Nahfeld- Kopplung) (gefaltete) Antennen (elektromagnetisch Fernfeld-Kopplung)

3 Funktionsweise RFID-Datenträger WCOM1, RFID, 3

4 Spannung beim Tag-Chip Generierung der Tag-Spannung WCOM1, RFID, 4 nützlich für Frequenzen bis 100 MHz Last L2 C2 Resonanz Peak einfach verstimmbar (z.b. Tag nahe leitender Oberfläche) Frequenz [MHz] (2π f MHz HF-Tag mit einer Spule mit wenigen Windungen res ) LC 1 L ~1/f res & L ~ N N ~ 1/f res LF-Tag-Spule: N= Wdg => HF-Tag-Spule: N = 3-10 Wdg. (!!!)

5 Lesereichweite WCOM1, RFID, 5 «Trafo»-Kopplungsfaktor k ~ r r 2 R R r r T 2 T cos( ) 2 2 r x 3/ 2 R Design Regel: mache klein, Antenne r 2 gross Feldstärke verkleinert sich mit 1/x 3 Quelle: K. Finkenzeller RF Leistung (~k 2 ) verkleinert sich mit -60 db / Dekade Faustregel: Lesereichweite von Kreditkarten-Tags Durchmesser der Reader Antenne (vorausgesetzt Tx-Power ist gross genug)

6 Lastmodulation WCOM1, RFID, 6 y(t) Rx-Signal im Reader => AM mit sehr grossem Träger z.b. data 0 (Manchester coded) z.b. f H = f c / 32 z.b. R b = f c / 512 T b t y(t) z.b. data 0 IY(f)I Info (ID) steckt in den Seitenbändern grosse Differenz (z.b. 80 db) Schwingung mit f c (nicht gezeichnet) t T b f f c -f H f c f c +f H

7 Lastmodulation WCOM1, RFID, 7 Tag-response in baseband T b t 0 f Tag-response subcarrier-modulated T b t -f sub 0 f sub f reader envelope t T b f c -f sub f c f c +f sub f

8 HF-Standard ISO WCOM1, RFID, 8 Norm für kontaktlose Chip-Karten Basis für viele andere smart-label-produkte MHz, Reichweite < 1 m (vicinity coupling) Standard von 2001 mit 3 Teilen ISO :2000: Physical Characteristics CHF ISO :2006: Air Interface and Initialization CHF ISO :2009: Anticollision and transmission protocol CHF Begriffe VCD: vicinity coupling device ( reader ) VICC: vicinity card ( tag )

9 ISO Luftschnittstelle WCOM1, RFID, 9 Modulations- und Kodierverfahren Leser (VCD) -> Karte (VICC) 10% und 100% ASK, 2 PPM-Kodierverfahren, Framing (SOF/) 1 aus 256 Pulspositionen (long distance mode) ms 1 aus 4 Pulspositionen (fast mode) 1.65 kb/s μs kb/s

10 ISO Luftschnittstelle WCOM1, RFID, 10 Lastmodulation Karte -> Leser Datenrate 1 Hilfsträger (ASK) 2 Hilfsträger (FSK) khz khz / khz low 6.62 kb/s (f c /2048) 6.67 kb/s (f c /2032) high kb/s (f c /512) kb/s (f c /508) μs μs Betragsspektrum - 3 db Q zu gross BP-Charakteristik der Leser-Antenne (Q = f c / B 3dB < 20) f c khz f c MHz f c khz f

11 ISO Protokoll WCOM1, RFID, 11 Unique Identifier (UID, 64 Bit lang) 0xE0 (8 Bits) Hersteller-Code (8 Bits) Serienummer des IC-Herstellers (48 Bits) Speicherorganisation max. 256 Datenblöcke à je max. 256 Bits, d.h. max. 8 kbyte (64 kbit) Speicher Schreib-/Lese-Zugriff auf einen oder mehrere Blöcke Protokoll-Konzept Leser Karte Request vorgeschriebene Befehle: inventory, optionale Befehle: read/write single/multiple blocks, kundenspezifische und proprietäre Befehle Response Zeit

12 ISO Protokoll WCOM1, RFID, 12 Inventory mit 1 Slot (Abfrage UID), 16 Slots (Antikollision) typ. 20 Tag/s Leser slot 0 (success) slot 1 (idle) slot 2 (collision) slots 3-15 (oder Abbruch) SOF Inventory Karten antworten, wenn [Slot-Nummer, Maske] mit [LSBs der UID] übereinstimmt UID1 UID3 Vergleich zwischen Maske, slot-nummer und UID ohne Maske: Tag antwortet in Slot-Nummer = UID modulo 16

13 ISO Protokoll WCOM1, RFID, 13 Read Single Block ohne UID unadressiert 8 bits 8 bits 64 bits 8 bits 16 bits Leser SOF Flags Com UID (optional) Block CRC16 8 bits typ. 32 bits 16 bits Karte SOF Flags Daten CRC16 schnellster Zugriff auf vorbeifahrende Tags typisch < 1-3 m/s, single block enthält ID Beispiel Tag (z.b. auf Förderband) 0.1 m Reader-Feld 3 m/s Verweildauer im Feld: 33 ms ca. 100 Bit mit ca. 26 kb/s übertragen: 4 ms => Tag kann ca. 6-8 mal gelesen werden

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