电子标签作为RFID的系统部件,是系统的核心,经常被称为射频卡,其使用量大、场景多,价格相对来说也较低,当然也受场景、使用频率等参数影响。
1、电子标签的内部组成
一般电子标签由芯片和天线组成,电子标签的芯片很小,厚度一般不超过0.35mm,但其天线的尺寸一般要比芯片的尺寸大很多,当然,这与其工作频率有关。其中芯片内部包括由调制器、解调器、电压调节器等组成的射频前端/模拟前端和由CPU/逻辑控制单元、存储器组成的数字电路等构成,调制解调器负责对接收/发送的信号进行解调/调制;电压调节器主要负责将从阅读器接收的射频信号转化为芯片所需的电源能量;CPU/逻辑控制单元负责对数字信号进行解码/编码等;存储器则用于标签存储被识别物体的相关信息,常用的存储器有ROM、EEPROM、RAM等。而天线负责电磁信号的接收或者发射,标签常用的天线有偶极子型、线圈型、微带贴片型等形式。
2、标签的形状
在实际应用中,电子标签的外形多种多样,这与其天线形式、是否有电池、应用场景等多种因素有关,常见的标签形状主要有卡片形、条形、盘形、钥匙扣形、手表形、玻璃形等等。大家常见的电子标签有卡片形电子标签、标签类电子标签、植入式电子标签等。其中最常见的卡片式电子标签主要有第二代身份证、城市一卡通(例如公交卡、地铁卡、智能表具缴费卡等等)、门禁卡、银行卡、学校一卡通等等。标签类电子标签也属于比较常见的一类电子标签,它特主要用于物品管理,例如仓储物品电子标签、航空行李电子标签、图书馆用图书电子标签等等,它主要用于物体识别和电子计费等,特点是携带方便,可以直接贴在物体上、放在包装内等等。而植入式是电子标签由于其体积较小,且应用场景比较特殊,例如用于将其植入到动物的皮肤下,作为动物的跟踪,所以对普通人来说见到的机会少一些,但应用场景可不少。
3、电子标签的分类及特点
电子标签的分类方式很多,这里主要根据工作中关注比较多的频率作为分类的依据,分为低频电子标签、高频电子标签、微波电子标签。
1)低频电子标签:一般为无源电子标签,主要应用在动物的追踪和识别、门禁管理、汽车流通管理、定位系统和其他封闭式追踪系统中,频率较低,使用随意,频率不受无委会的管理,穿透能力强、抗干扰能力强,使用寿命最高可达10年以上。但其存储数据量小,传送距离较近,一般不超过1m,传输速率慢,其价格受天线的线圈影响较大。这种电子标签一般被用在门禁管理、一卡通、定位系统、仓储管理、动物的追踪与识别等场景。
2)高频电子标签:其工作原理与低频电子标签相同,工作所需的能量也是来自阅读器的电感耦合。相比之下,高频电子标签的存储容量更大,传输速率更高,天线可以通过电路板来实现,不需要通过线圈实现,实现起来更简单。由于工作频率增高,其穿透各类材料时,会影响传输距离,读取距离一般不超过1.5米,尤其很难穿透金属材料。再就是所使用的频率属于无委会管理的范围,使用时符合相关规定。一般被使用到公交卡、地铁卡等电子车票、身份证、电子门票和物流管理。
3)微波电子标签:其工作方式采用电磁反向散射方式,标签可以是有源的也可以是无源的。该种标签的读写距离一般较远,超过1m,常用距离4-10m,甚至可以达到10m以上;数据的传输速率较高,而且在读取高速运动物体的同时,还能读取多个标签。缺点是穿透能力差,水、木、有机物、灰尘、雾等各种介质都会对其传播带来影响,影响读取距离,更不能穿透金属,需要与金属分开。一般被用到ETC、车辆物流管理等。
4、电子标签的技术参数
1)存储容量:是指标签可写入数据的内存量,根据标签信息容量大小,标签分为前台式标签和后台式标签,所谓后台式标签主要是指标签内仅存储物体的标识编码,详细的信息数据存储在计算机平台上,因此这种方式的标签容量较小,需要通过网络与平台联系,获取更多的信息数据;而前台式标签的内存容量交大,很多的物体信息都存储在标签内,不需要到平台上查询,这种标签往往会被用在标签现场不方便与平台联系的场景或者对时延要求高的系统。
2)尺寸:这里的尺寸主要指标签的封装尺寸,分为分米级标签、毫米级标签,尺寸的大小与标签的天线尺寸、供电电源等有关,不同的场景不同的需求,小尺寸的标签适用的范围越广,但是尺寸小了会影响标签的天线尺寸,进而影响其性能效果,例如识读率。
3)读写速度:包括读出速度和写入速度,其中读出速度主要指阅读器识读电子标签的的速度,写入速度指将信息写入电子标签的的速度,一般要求的读写速度为毫秒级。
4)读写距离:主要指电子标签与阅读器之间通信所需的距离,当然读和写的距离对大多数系统来说一般不同,写的距离一般是是读的距离的40%~80%,这种距离从毫米级到10米以上不等。
5)工作频率:这是电子标签非常重要的参数,指电子标签工作的频率,分为低频、高频和微波频率,频率的高低会影响系统的性能和其他参数。
6)销售价格:其与系统要求的性能参数和使用量有关,肯定是性能要求高的,价格越高,使用量越大,价格越低。
7)可靠性:其受工作环境、运动速度、质量、大小、材料、单位面积内的数量以及与阅读器的距离等多种因素影响。
8)灵敏度:激活电子标签的能量,也就是激活电子标签芯片所需的能量大小。
9)传输速率:主要指阅读器与电子标签之间传送信息的速率,包括阅读器阅读电子标签的数据信息的传输速率和将阅读器的信息数据写入电子标签的传输速率。
5、电子标签的发展趋势
随着技术、材料、工艺、设计等的发展、研究的深入和应用数量及场景的增加,电子标签的的性能越来越强,价格越来越低,满足物联网系统多源化的需求,助力物联网实现万物智联的实现。具体的发展趋势如下:
1)成本更低:大家知道用量越大,边际成本越低,价格越低,再加上材料和工艺的改进,价格低是其必然趋势,据有关机构预测,电子标签使用量超过10亿时,其价格有望低于5美分;
2)体积更小:其体积越小越便于使用,现在已经有部分芯片厚度不超过0.1毫米;
3)距离更远:主要指无源RFID工作距离更远,其受能量供给影响,作用距离受限,但随着低功耗设计技术的发展,功耗可以降到5微瓦以下,那么工作距离就可以达到几十米甚至更远;
4)识别更高速:可以识别更高速度移动的物体所带的电子标签。
5)多标签识别能力更强:主要指物体集中区域更多标签能够被集中识别,实现标签的读写。
6)读写性能更强:即无源可读写性能更完善,可以使误码率、抗干扰等性能满足多次改写电子标签数据场合的需要。
7)更加智能:这是为了满足安全性能较高要求领域的需求,确保电子标签在“敌人”出现的时候更好隐藏自己。
8)安全性能更高:可通过加密实现数据未授权不被获取的功能;越来越多的电子标签具备抗强电磁损坏功能;为了保护隐私,在电子标签寿终或者根据需要终止使用时,阅读器可以发出杀死命令或电子标签自毁,即让电子标签具有自杀工能。通过这些性能,大大提升了系统的安全性能。
9)融合化发展:与传感器相连,带有感知功能,与蜂鸣器、指示灯融合,实现大量物体集中式,快速物体被发现功能,总之,融合化是为了满足不同场景的需求。
10)使用更灵活:可以将电子标签印制在物体产品的包装上,价格更低、实现速度更快。