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RESUMEN DEL AVANCE Se ha analizado un sistema básico RFID de 13.56 MHz comenzando por describir el prin princcipio ipio de mod modula ulación ión por por car carga. ga. Esta Esta modul odulac ació ión n se fund funda ament menta a en el funcionamiento de un transformador, siendo la bobina primaria la del lector y la secundaria la del “transponder”. Esto es cierto si la distancia entre las bobinas no es mayor de 0,16λ por lo que el el “transponder” y el lector deben estar próximos. próximos. Debido al acoplamiento débil que se realiza entre lector y “transponder”, las fluctuaciones que se producen en la tensión en la antena del lector (la información) son varios órdenes de magnitud inferior a la tensión de salida del propio lector. Detectar esta fluctuación requiere una circuitería complicada y como solución se usan las bandas contiguas a la modulación creada. Para ello la resistencia de carga en el “transponder” se conecta y desconecta a una frecuencia elevada “fs”, submúltiplo de la portadora (“subcarrier”) y entonces dos bandas laterales son creadas a una distancia “fs” de la frecuencia de resonancia entre lector y “transponder”. Los detalles de la constitución interna de una etiqueta electrónica pasiva RFID no se encuentran disponibles en las hojas técnicas o notas de aplicación brindadas por los fabricantes. Sin embargo, para fines de análisis se puede definir un diagrama de bloques que ilustre su funcionamiento, considerando 3 grandes bloques: una interface analógica de RF, una de control digital y una memoria. En las etiquetas electrónicas pasivas equipadas con una memoria no volátil EEPROM, tanto la lectura como la escritura de datos puede ser realizada por RF siguiendo una secuencia determinada de bytes, de acuerdo a la organización de la memoria y a los protocolos de 13.56 MHz: ISO/IEC 14443 A o B para etiquetas con alcance máximo de 10 cm. (“Proximidad”) o ISO/IEC 15693 para etiquetas con un alca alcanc nce e mayo mayor. r. Para Para fines fines de anál anális isis is en el pres presen ente te trab trabaj ajo o se desa desarr rrol olla la lo concerniente al protocolo ISO/IEC 15693 (“Vecindad”), siendo el proceso similar para el protoc protocolo olo ISO/IEC ISO/IEC 14443 14443 A o B. Las comunic comunicac acion iones es entre entre el lector lector (VCD) y la etiqueta electrónica (VICC) usan modulación ASK. Dos índices de modulación son usados: 10 % y 100 %. El VCD decide cuál índice es usado. La codificación emplea el principio de modulación por posicionamiento de pulso. Dependiendo de la elección hecha por el VCD, una pausa será creada de acuerdo al código "1 de 256" para definir un byte ó "1 de 4" para una secuencia de 2 bits y será indicada al VICC por una trama. Las tramas o comandos comienzan con una secuencia SOF y terminan con una secuencia EOF tanto del VCD al VICC como viceversa. La memoria no volátil está organizada en bloques. Cada bloque es programable por el usuario y puede ser trabado de modo tal que no pueda ser modificado posteriormente para proteger la inform informaci ación ón almace almacenad nada. a. Cada Cada bloque bloque puede puede ser trabad trabado o indivi individua dualme lmente nte por el usuario (U) o de fábrica (F) de modo irreversible. Un bloque programado en fábrica contiene la referencia del circuito integrado (IC Versión) con la información física de la memoria (tamaño de cada bloque y número de bloques) y otros bloques portan el número de identificación único para cada etiqueta (UID). Finalmente, se analizan los principios de la radiopropagación de un sistema básico RFID en 13.56 MHz y se exponen algunos ejemplos de aplicación Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación Investigación de Sistemas de Identificación Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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III. III.1.
ANÁLI NÁLISI SIS S DEL DEL DIA DIAGRAM GRAMA A INTE INTER RNO DE UNA ETI TIQ QUETA UETA ELECTRÓNICA PASIVA RFID.
Modulación por carga.
Esta modulación se fundamenta en el funcionamiento de un transformador, siendo la bobina primaria la del lector y la secundaria la del “transponder”. Esto es cierto si la distancia entre las bobinas no es es mayor de 0,16λ por lo que el “transponder” “transponder” y el lector deben estar próximos. Si un “transponder” en resonancia se encuentra dentro del campo magnético de un lector, absorbe energía de ese campo. El resultado de la retroalimentación del “transponder” en la antena del lector puede ser representado como una impedancia “Z T”. Conectando y desconectando la resistencia de carga presente en la antena del transponder se consigue variar el valor de “Z T”, con lo que el voltaje que existe en la antena del lector también varía. Esto tiene como efecto la modulación de amplitud amplitud del voltaje del del lector causado por el “transponder” remoto. El tiempo en el que se desconecta y se conecta la resistencia de carga es controlado por los datos y es lo que permite enviar enviar datos del “transponder” “transponder” al lector.
Figura 17: Principio de comunicación de datos por modulación de carga. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación Investigación de Sistemas de Identificación Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Debido al acoplamiento débil que se realiza entre lector y “transponder”, las fluctuaciones que se producen en la tensión en la antena del lector (la información) son varios órdenes de magnitud inferior a la tensión de salida del propio lector. Detectar esta fluctuación requiere una circuitería complicada y como solución se usan las bandas contiguas a la modulación creada. Para ello la resistencia de carga en el “transponder” se conecta y desconecta a una frecuencia elevada “fs”, submúltiplo de la portadora (“subcarrier”) y entonces dos bandas laterales son creadas a una distancia “fs” de la frecuencia de resonancia entre lector y “transponder”.
Figura 18: Diagrama y espectro de la modulación de carga con subportadora. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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III.2. Diagrama interno de una etiqueta electrónica pasiva RFID. Los detalles de la constitución interna de una etiqueta electrónica pasiva RFID no se encuentran disponibles en las hojas técnicas o notas de aplicación brindadas por los fabricantes. Sin embargo, para fines de análisis se puede definir un diagrama de bloques que ilustre su funcionamiento, considerando 3 grandes bloques: una interface analógica de RF, una de control digital y una memoria, tal como se muestra en la Figura 19.
Figura 19: Diagrama interno general de una etiqueta electrónica RFID.
Figura 20: Diagrama interno de una etiqueta electrónica ISO/IEC 15693. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Según el protocolo ISO/IEC 15693, una etiqueta electrónica debe poder operar con un campo magnético como mínimo de 150 mA/m rms y como máximo de 5 A/m rms. Un rectificador tipo puente PMOS rectifica la onda inducida en la antena, minimizando la caída de voltaje de los diodos de drenador.
Figura 21: Diagrama circuital de un rectificador puente PMOS. Para proteger de sobrevoltaje a los circuitos CMOS debido a un excesivo acoplamiento con el lector, se utiliza un limitador que enclava el voltaje máximo inducido sobre la antena y disminuye la carga en paralelo con ella, de ser necesario, activando el PMOS m5.
Figura 22: Diagrama circuital de un limitador de sobrevoltaje MOS. Dado que, el nivel de energía suministrado por el lector puede variar en un amplio rango, particularmente debido a cambios de distancia o posición, se requiere de un regulador de voltaje para estabilizar la alimentación de la circuitería de la etiqueta electrónica, actuando sobre el PMOS m17 para ajustar la carga de la fuente..
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Figura 23: Diagrama circuital de un regulador de voltaje MOS. Para proporcionar al regulador de voltaje de una referencia muy estable, se emplea circuitería adicional, fijando el voltaje de referencia en 1.2v.
Figura 25: Diagrama circuital de una referencia de voltaje MOS. Un circuito inversor tipo “Schmitt trigger” convierte la portadora sobre la antena en una señal cuadrada para ser dividida binariamente y constituir la señal de reloj y las subportadoras que requiere la etiqueta inteligente.
Figura 26: Diagrama circuital de un extractor de señal de reloj CMOS. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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La Modulación de carga se obtiene desintonizando la antena con los datos de la etiqueta electrónica activando los NMOS m34 y m35.
Figura 27: Diagrama circuital de un modulador de carga NMOS. Finalmente una etapa de control digital, frecuentemente implementada en base a un microprocesador provee las señales necesarias y controla el flujo de datos desde y hacia la memoria no volátil EEPROM interna la cual implica la generación de un voltaje mayor (HV) para fines de escritura de datos.
Figura 28: Diagrama de bloques de una EEPROM. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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IV. IV.1.
ANÁLISIS DE LOS PROCESOS DE LECTURA/ESCRITURA POR RF DE UNA ETIQUETA ELECTRÓNICA PASIVA RFID. Protocolos de comunicación
En las etiquetas electrónicas pasivas equipadas con una memoria no volátil EEPROM, tanto la lectura como la escritura de datos puede ser realizada por RF siguiendo una secuencia determinada de bytes, de acuerdo a la organización de la memoria y a los protocolos de 13.56 MHz: ISO/IEC 14443 A o B para etiquetas con alcance máximo de 10 cm. (“Proximidad”) o ISO/IEC 15693 para etiquetas con un alcance mayor. Para fines de análisis en el presente trabajo se desarrolla lo concerniente al protocolo ISO/IEC 15693 (“Vecindad”), siendo el proceso similar para el protocolo ISO/IEC 14443 A o B. Para ello, es conveniente considerar las siguientes siglas: ASK (Amplitude Shift Keying): Modulación Digital de Amplitud. EOF (End Of Frame): Fin de Trama. PPM (Pulse Positioning Modulation): Modulación por Posicionamiento de Pulso. SOF (Start Of Frame): Comienzo de Trama. VCD (Vicinity Coupling Device). Dispositivo Lector. VICC (Vicinity Integrated Circuit Card): Etiqueta Electrónica RFID. fc: Frequencia de portadora (carrier frequency) (13.56 MHz) . fs: Frequencia de subportadora (subcarrier modulation) (13.56 MHz/n) El diálogo entre el VCD y el VICC (uno o más VICC pueden estar presentes al mismo tiempo) es realizado a través de las siguientes operaciones consecutivas: - La activación del VICC por el VCD mediante un campo magnético de RF. - VICC espera silenciosamente un comando del VCD para responder. - El VCD transmite un comando al VICC seleccionado. - EL VICC transmite una respuesta al VCD. Las comunicaciones entre el VCD y el VICC usan modulación ASK. Dos índices de modulación son usados: 10 % y 100 %. El VCD decide cuál índice es usado. La codificación emplea el principio de modulación por posicionamiento de pulso. Dependiendo de la elección hecha por el VCD, una pausa será creada de acuerdo al código "1 de 256" para definir un byte ó "1 de 4" para una secuencia de 2 bits y será indicada al VICC por una trama. Las tramas o comandos comienzan con una secuencia SOF y terminan con una secuencia EOF tanto del VCD al VICC como viceversa. El VICC estará listo a recibir una trama dentro de 1ms de ser activado por la energía del campo magnético del VCD y el VICC debe poder recibir una nueva trama del VCD dentro de 300 us después de haber recibido una trama. Seguidamente, se muestran diferentes figuras que ilustran los diversos tipos de tramas básicas y codificaciones definidas por ISO/IEC 15693.
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Figura 29: Codificación “1 de 256”.
Figura 30: Codificación “1 de 4”. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Figura 31: Ejemplo de un byte E1h con codificación “1 de 4”.
Figura 32: Secuencia SOF del VCD para codificación “1 de 256”.
Figura 33: Secuencia SOF del VCD para codificación “1 de 4”.
Figura 34: Secuencia EOF del VCD para cualquier modo de codificación.
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Figura 35: Modulación ASK 100%.
Figura 36: Modulación ASK 10% (Se debe poder detectar hasta 30% en este modo). Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Para la transmisión de “1” ó “0” desde el VICC se emplea el código Manchester y se puede utilizar una ó dos subportadoras (subcarrier), dependiendo de lo que disponga el VCD. Si se emplea una sola subportadora (Single) ésta debe ser: fc/32 (423,75 kHz). Si se usan dos (Dual), una de ellas será: fc/32 (423,75 kHz) y la otra será: fc/28 (484,28 kHz) y deben estar en fase. La velocidad de transmisión de datos puede ser baja (Low) ó alta (High) de acuerdo a la siguiente tabla:
Tabla 1: Velocidades de transmisión de datos (Data Rate). A continuación se muestran las distintas posibilidades de codificar un bit en el modo de alta velocidad. Para baja velocidad de transmisión el número de pulsos de portadora y los tiempos de duración se multiplican por 4. La línea horizontal indica no modulación.
Figura 37: Bit “0” con una subportadora.
Figura 38: Bit “1” con una subportadora.
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Para el caso de dos subportadoras, el bit “0” consta de 8 pulsos de 423,75 kHz seguidos por 9 pulsos de 484,28 kHz, mientras que el bit “1” inicia con 9 pulsos de 484,28 kHz seguido de 8 pulsos de 423,75 kHz, tal como se muestra.
Figura 38: Bit “0” con dos subportadoras.
Inicia con 9 pulsos de 484,28 kHz (fc/28) y siguen 8 pulsos de 423,75 kHz (fc/32). Figura 39: Bit “1” con dos subportadoras.
Comienza con un lapso no modulado de 56,64 μs (768/fc), seguido por 24 pulsos of 423,75 kHz (fc/32) y finaliza con un “1”. Figura 40: Secuencia SOF del VICC con una subportadora.
Inicia con 27 pulsos de 484.28 kHz (fc/28), continúa con 24 pulsos de 423,75 kHz (fc/32) y finaliza con un “1”. Figura 41: Secuencia SOF del VICC con dos subportadoras. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Inicia con un “0”, luego 24 pulsos de 423,75 kHz (fc/32) y finaliza con un lapso sin modulación de 56,64 μs (768/fc). Figura 42: Secuencia EOF del VICC con una subportadora.
Inicia con un “0” seguido por 24 pulsos de 423,75 kHz (fc/32) y 27 pulsos de 484,28 kHz (fc/28). Figura 43: Secuencia EOF del VICC con dos subportadoras. De este modo se pueden enviar diversos comandos, como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2: Comandos ISO 15693 para una etiqueta electrónica. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Luego de una sucesión apropiada de comandos se puede leer (READ) o escribir (WRITE) en una etiqueta electrónica, mediante el acceso a su EEPROM interna. En general, las operaciones de escritura toman más tiempo e implican un mayor consumo de energía. La Figura 44 ilustra una sucesión de estados de una etiqueta electrónica comercial. La secuencia incluye la ejecución de un algoritmo de anticolisión en el caso de existir varias etiquetas electrónicas al mismo tiempo en el radio de acción del VCD para seleccionar sólo una etiqueta a la vez.
Figura 44: Diagrama de estados para lectura ó escritura de una etiqueta electrónica comercial. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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IV.2. Organización de la memoria EEPROM La memoria no volátil está organizada en bloques. Cada bloque es programable por el usuario y puede ser trabado de modo tal que no pueda ser modificado posteriormente para proteger la información almacenada. Cada bloque puede ser trabado individualmente por el usuario (U) o de fábrica (F) de modo irreversible. Un bloque programado en fábrica contiene la referencia del circuito integrado (IC Versión) con la información física de la memoria (tamaño de cada bloque y número de bloques) y otros bloques portan el número de identificación único para cada etiqueta (UID).
Figura 45: Organización de la memoria de una etiqueta electrónica comercial.
Figura 46: Formato de trama para lectura de un bloque (Código de comando = '20').
Figura 47: Formato de trama para escritura de un bloque (Código de comando = '21'). Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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V. V.1.
ANÁLISIS DE LA RADIOPROPAGACIÓN EN UN SISTEMA BÁSICO RFID. Rango de lectura para dispositivos de RFID.
El rango de lectura está definido como la máxima distancia de comunicación entre el lector y la etiqueta (“Tag”). En general, el rango de lectura depende de la configuración del sistema y es afectado por los siguientes factores: La frecuencia de operación y el rendimiento de las antenas o bobinas. b) El Q de la antena y el circuito de sintonización. c) La orientación de la antena. d) La corriente de excitación del lector. e) La sensitividad del receptor. f) Los algoritmos de codificación (o modulación) y decodificación (o demodulación). g) Número de bits de los datos y algoritmos de detección. h) Las condiciones de operación del entorno (ruido eléctrico, materiales cercanos). a)
Para una determinada frecuencia de operación, las condiciones (a – c) están relacionadas a la configuración de la antena y su circuito de sintonización. Las condiciones (d – e) están determinadas por la topología del circuito lector. La condición (f) es el protocolo de comunicación del dispositivo y (g) está relacionada al programa de firmware-software para la detección de los datos. Asumiendo que el dispositivo está operando bajo una determinada condición, el rango de lectura del dispositivo es largamente afectado por el rendimiento de la antena de bobina. Siempre es cierto que a mayor rango de lectura se requiere un mayor tamaño de antena, pero con un adecuado diseño de la misma. Las dos siguientes figuras muestran ejemplos típicos de rangos de lectura para varios dispositivos de RFID pasivos.
Figura 48: Rangos de lectura típicos según el tamaño de la etiqueta (“Tag”) para un lector de corto alcance. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Figura 49: Rangos de lectura típicos según el tamaño de la etiqueta (“Tag”) para un lector de largo alcance. Una corriente fluyendo dentro de una bobina radia un campo magnético en un campo cercano que decae a razón de r –3.
Figura 50: Decaimiento del campo magnético con la distancia r. Este tipo de antena es llamada antena dipolo magnética. Para aplicaciones de etiquetas pasivas en 13.56 MHz, unos pocos microhenrios de inductancia y unos pocos centenares de pF del capacitor resonante son usados típicamente. El voltaje transferido entre el lector y la bobina de la etiqueta es llevado a cabo a través de un acoplamiento inductivo entre las dos bobinas. Como en un típico transformador, donde un voltaje en la bobina primaria transfiere a la bobina secundaria, el voltaje en la bobina de la antena lectora es transferido a la bobina de la antena de la etiqueta y viceversa. La eficiencia de la transferencia de voltaje puede ser incrementada significativamente usando circuitos con un factor de calidad “ Q” elevado. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Voltajes inducidos en la bobina de una etiqueta electrónica pasiva.
La ley de Faraday establece que un campo magnético que varía en el tiempo y que pasa a través de la frontera de la superficie de un trayecto cerrado induce un voltaje alrededor del lazo. El voltaje inducido en la bobina de la antena de la etiqueta, es igual a la velocidad de cambio del flujo magnético Ψ.
v = − N
d Ψ
N =
número de vueltas en la bobina de la antena.
dt Ψ
= flujo magnético a través de cada vuelta.
Figura 51: Acoplamiento de las bobinas del lector y la etiqueta electrónica. El flujo magnético Ψ en la ecuación es el campo magnético total B que está pasando a través de la entera superficie de la bobina de la antena y calculado como: Ψ = ∫ B⋅ dS
Donde: B = Campo magnético S = Área de la superficie de la bobina El producto escalar de dos vectores sugiere que el flujo magnético total Ψ que está pasando a través de la bobina de la antena es afectado por la orientación de las bobinas de las antenas. El producto escalar de dos vectores se minimiza cuando el coseno del ángulo entre ambos es de 90 grados y se maximiza cuando el coseno del ángulo es de 0 grados. El flujo magnético máximo que está pasando a través de la bobina de la etiqueta es obtenido cuando las dos bobinas (la bobina del lector y la bobina de la etiqueta) están colocadas en paralelo con respecto una de la otra. Esta condición resulta en el máximo voltaje inducido en la bobina de la eti queta y también el máximo rango de lectura. La expresión del producto escalar también puede ser expresada en términos del acoplamiento mutuo entre las bobinas del lector y de la etiqueta.
El acoplamiento mutuo entre las dos bobinas es máximo para la condición anterior: Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Reescribiendo la ecuación: Donde: V = voltaje en la bobina de la etiqueta i 1 = corriente en la bobina del lector a = radio de la bobina del lector b = radio de la bobina de la etiqueta r = distancia entre las dos bobinas M = inductancia mutua entre las bobinas
de la
etiqueta y del lector M está
dado por la siguiente ecuación:
Esta ecuación es equivalente a la transformación de voltaje. El flujo de corriente en la bobina primaria produce un flujo magnético que causa una inducción de voltaje en la bobina secundaria. Como se muestra en las ecuaciones, el voltaje en la bobina de la etiqueta es muy dependiente de la inductancia mutua entre las dos bobinas. La inductancia mutua es una función de la geometría de las bobinas y del espaciamiento entre ellas y el voltaje inducido en la bobina de la etiqueta decrece en un factor de r –3. En consecuencia, el rango de lectura también decrece de la misma manera. De las ecuaciones anteriores, la expresión generalizada del voltaje inducido V 0 en una bobina de lazo sintonizada está dado por: V0
= 2π
fNSQB0 cos α
Donde: f = frecuencia de la señal que llega. N = número de vueltas de la bobina en S = área del lazo en metros cuadrados Q = factor de calidad del circuito. B0 = intensidad de la señal que llega.
el lazo. (m 2).
α = ángulo de arribo de la señal. En la anterior ecuación el factor de calidad “ Q” es la medida de la selectividad a la frecuencia de interés. El voltaje inducido desarrollado a través de la antena de lazo es una función del ángulo de arribo de la señal. Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
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Ejemplo 1: Cálculo del campo “B” en la bobina de la etiqueta Los dispositivos típicos se encienden cuando en la bobina de la antena se desarrolla un voltaje de 4Vpp a través de ella. Este voltaje es rectificado y el dispositivo empieza a operar cuando alcanza 2.4 VDC. El campo “B” para inducir 4Vpp de voltaje en la bobina de la tarjeta de dimensiones de acuerdo al estándar ISO 7810 (85.6 x 54 x 0.76 mm) sE calcula de la ecuación de voltaje de la bobina usando la ecuación anterior: V0
= 2π
fNSQB0 cos α = 4
B0
=
4/ 2 2π fNSQ cos α
( µ b/m 2 )
= 0.0449
Donde: Tamaño de la bobina de la etiqueta: (85.6x54)mm 2 (tamaño de la tarjeta ISO) = 0.0046224 m2 Frecuencia: 13.56 MHz, Número d vueltas: 4, “Q” de la antena de la etiqueta: 40 Voltaje de AC en la bobina para encender la etiqueta: 4Vpp cosα = 1 (dirección normal α = 0)
Ejemplo 2: Número de vueltas y corriente (amperios-vueltas) Asumiendo que el lector debería proveer un rango de lectura de 38 cm para la etiqueta dada en ejemplos anteriores, la corriente y el número de vueltas de la bobina de la antena lectora es calculado como sigue: ( NI )
= RMS
2 B z (
2
a
+
µ a
2
2
)
r
3/ 2
=
2 2 ( 0.0449 ×10 −6 ) 0.12 + ( 0.38 )
3/2
= 0.43 (amp-vuelta)
( 4π ×10−7 ) ( 0.12 )
Este resultado indica que se necesitan 430 mA para una bobina de una vuelta, y 215 mA para una bobina de dos vueltas.
Ejemplo 3: Diámetro óptimo de la bobina lectora. Un diámetro de bobina óptimo que requiera un mínimo número de amp-vueltas para un rango particular de lectura se puede encontrar a partir las ecuaciones anteriores como sigue:
(
NI= K
a
2
+ r 2 ) a
3/ 2
Aquí: K =
2 B z µ 0
2
Tomando la derivada respecto del radio: d ( NI ) da
= K
(3 / 2) ( a 2 + r 2 )
1/2
( 2a ) − 2a ( a 3
a
2
+ r2 )
4
3/2
(a
2
= K
− 2 r2
)(a
2
+ r2
1/ 2
)
3
a
La ecuación se minimiza cuando a = 2r , donde: a = radio de la bobina y r = rango de lectura. Este resultado indica que para un radio óptimo del lazo a , este deberá ser de 1.414 veces el rango de lectura r demandado.
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RESULTADOS Se ha analizado el diagrama interno de una etiqueta electrónica pasiva RFID.. Se ha estudiado los protocolos de comunicación entre un lector y una etiqueta inteligente RFID. 3. Se ha analizado la organización de una memoria no volátil EEPROM de una etiqueta electrónica RFID. 4. Se han estudiado los procesos de lectura y escritura por RF de una etiqueta electrónica pasiva RFID. 5. Se ha estudiado los fundamentos de la radiopropagación en un sistema básico RFID. 1. 2.
OBSERVACIONES Se ha intercambiado el orden de ejecución de las actividades 4.1 con la actividad 3.2 para dar un mayor margen a la adquisición y traslado al país del módulo lector de etiquetas electrónicas solicitado. .
CONCLUSIONES Las etiquetas electrónicas RFID pueden ser leídas o escritas por RF, siempre que cuenten con una memoria EEPROM interna.. 2. Los protocolos ISO/IEC posibilitan el manejar etiquetas electrónicas de diversos fabricantes con diferentes equipos lectores. 3. El acoplamiento de RF en 13.56MHz es de tipo inductivo y por lo tanto, puede ser analizado como un transformador. 4. Los alcances de etiquetas electrónicas de 13.56MHz pueden ir desde algunos cm. hasta cerca de 1m., dependiendo de la potencia del lector entre otros factores. 1.
RECOMENDACIONES Es conveniente contar físicamente con un módulo lector de etiquetas electrónicas para verificar experimentalmente los alcances y voltajes inducidos en las antenas de las etiquetas electrónicas RFID. 2. Deben reprogramarse hacia más adelante las actividades que dependan de la presencia del módulo lector de etiquetas electrónicas para dar un mayor margen a su adquisición y traslado al país. 1.
Diseño e Implementación de un Módulo Básico para Desarrollo e Investigación de Sistemas de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) Actividad: Análisis del Diagrama Interno de una Etiqueta Electrónica Pasiva y de la
Radiopropagación de un Sistema Básico RFID.
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Radiopropagación de un Sistema Básico RFID.
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