细究EPC Gen2架构特性 掌握RFID芯片/标签技术

2006-11-13 16:54
货车等,甚至扩及服务项目,皆合适采用,以提供这些实体或虚拟对象,全球唯一的编号。EPC编码具有以下几种特色:

.号码容量大:当EPC码核发后,使用者可依据其产业需要进行后续编码,其容量之大,不仅满足现行的需要,也兼顾未来发展的扩充性。

.独一无二的编码:EPC码的设计,视物件的单一品项为不同的个体。

.可扩充性:由于标头版本及其结构化设计,使EPC码容量极大化,保留许多剩余空间得以随时扩展编码。

EPC通讯协定特性

表1为EPC通讯规范的主要特色,再此特别针对几项规范技术进行讨论。

.可变资料传送速度

  无线射频识别系统中,如何提高其传输速度以及读取可靠度,为重要的评量点,但此两项数值却无法兼得。换言之,要读取速度快则会牺牲可靠度,反之要增加可靠度,则会牺牲读取率。为解决此问题,EPC规范中,将读取速度交由使用者决定,在没有干扰的环境中,使用者可用最快的读取速度来操作;相对的,若系统操作的环境干扰严重,使用者可调降读取速度,进而提高读取可靠度。
.搜寻标签之机制-反碰撞搜寻法

  当EPC读取器进行多个标签读取时,需要一种搜寻标签之机制,其目的是找到其中一个标签进行通讯上的沟通,而目前常见的搜寻机制有二进制搜寻法以及反碰撞搜寻法。在EPC通讯规范中是以反碰撞搜寻法作为其搜寻标签的方式,其方式是在每个标签中建立一个独立的乱数产生器,当进行多个标签读取时,其每个标签的乱数产生器会各产生一组乱数(图4),而此乱数会载入计数器并利用命令同时进行往下数的动作,直到哪个标签先数到零,则读取器就会跟此标签进行读取上的沟通。因此,标签中的乱数产生器的效能便格外重要。如图4中有四个标签,每个标签有独立的乱数产生器,当碰撞发生,即代表任两个以上标签乱数值最小且相同,因此乱数产生器的乱数是否足够乱,将直接影响到标签搜寻的效率。至于如何防止碰撞,有几个基本的方法:

.加大乱数产生器所产生出的乱数位

  一般而言,只要乱数产生器位(Bit)数够大,就能产生较乱的乱数。但其缺点为,若目标只有两个标签却用10位宽度去数,则搜寻标签的速率会差。但此种情形在EPC Gen2规范中并不会发生,因为其规范是让使用者依照目标有多少标签,来判断计数器须要用几个宽度去数。

.以读取器解碰撞讯号

  用此种方式解碰撞讯号,大多是碰撞时的讯号会以先后次序传送到读取器,故只须把前后次序讯号分析后即可解决,但缺点是读取器电路会变复杂,且若碰撞前后讯号重叠,仍然无法解决。

.重排

  当碰撞发生后读取器就发出命令,通知标签的乱数产生器,重新产生一组新的乱数,此方法的缺点是若每次所产生出来的乱数只要有两组相同,则此搜寻就无法成功。

先进旗标操作模式

  EPC Gen2规范定义了五种旗标以及三种操作模式,其目的是将目标所有的标签「分类」,以加速读取效率和防止环境的杂讯干扰,来增加读取可靠度。表2为EPC规范中定义的旗标之动作意义,其中S0为使用者自行定义其动作,而S1定义标签有电与没电时的动作,S2、S3、SL定义了没电时的动作,而其动作原因详述如下:

.S1旗标有电时的操作模式:在经过时间T的范围后,S1旗标必须转态,而此操作的用意为「再分类」。如当目标有1,000个标签,则计数器可能需要较宽的位数去数,使排序效率不佳,解决的方式可以把目标1,000个标签分成两分,各500个标签,即可不需要太宽的位数去数。因此,假设刚开始时读取器发出S1=A的命令,则此时所有的标签S1旗标都等于A。一直持续到五秒后,开始产生变化-最初时间为0时,之前设定旗标等于A的标签,开始由A变成B,则其结果会从原本只有S1=A的一种标签,变成S1=A以及S1=B两种标签(图5)。

.S1、S2、S3、SL旗标无电时的操作模式:标签由有电到没电后,至少须在经过时间K的范围内,其所指定的旗标必须维持先前的数值,而此操作的用意,在于避免外界干扰而使得标签操作重新再开始。

例如当读取器正在读取某一标签时,突然因为某些环境因素,以致于此标签在某个短暂时间内,无法接收到读取器能量,如图6所示,则正常情况读取器就必须重新再利用搜寻机制,寻找此一标签。但若先设定S2旗标=B,只要此标签无法接收能量的时间小于K秒,则利用搜寻指令找S2旗标=B,即可立即找到先前失去能量的标签。

Gen2标签实现的困难点

  目前EPC Class1 Gen2标签主要有两项技术困难点,一为电路设计,二为标签的封装与测试。
在电路设计方面,主要包括类比、数位及记忆体等电路设计的技术障碍。类比电路须强调微瓦级(μWatts)的低功耗设计、高效率电压供应(降低射频能量转成电压的损失),及准确的延迟电路设计(用于旗标,维持约4秒暂态);数位电路除同样强调低功耗外,也要注意乱数产生器是否够乱,同时要选择使用保险丝架构,抑或状态控制器来达成自杀功能;至于记忆体电路,由于目前可用在无线射频识别芯片的可重复读写(MTP)记忆体技术,大多掌握在国外业者手中,因而形成不小的进入门槛。

  至于标签封测方面,传统上,是以增加芯片测试点,利用探针卡的点针来进行芯片测试,但容易增加芯片面积与成本。目前已有业者不在芯片上制作测试点,而利用读取器来测试及验证功能,但如此将无法做完整的测试,可能影响芯片可靠度。

  而在芯片封装上,传统作法是在接点上加锡球(Solder Bump),但缺点是限制了切割道与裸晶(Die)间的距离(如图7中A的距离),无法在晶圆(Wafer)上制作更多芯片。现今已有业者采用不加锡球的方式,但效果仍视各公司的技术而定;此外,采用芯片到模组(图8)与模组到天线(图9)(Chip-To-Module,Module-To-Antenna)两阶段标签制作方式,可使标签使用寿命较长,可靠度佳,但制造时间较久,单位时间产量受限,增加制造成本。因此,目前国内外许多业者都正在开发芯片直接接上天线(Chip-To-Antenna)的技术,将有助提升单位时间产量,进而降低标签生产成本。

 

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