RFID系统的工作原理

RFID应用系统的基本工作原理（见图2-2）：RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID卡与读写器实现数据通信过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID卡与读写器之间的通信信道和通信方式。

图2-2　RFID原理图

RFID标签俗称电子标签，也称应答器（tag，transponder，responder），根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类，表2-5列出了主动式/被动式RFID技术比较。被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通信。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bit、96bit甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。有源RFID的电子标签自身具备电池，可提供全部器件工作的电源，因而相应阅读器的发射功率要求不高，而且有效阅读距离也较前者有所增加。

表2-5　主动式/被动式RFID技术比较

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读写器也称阅读器、询问器（reader，interrogator），是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器是RFID系统中最重要的基础设施，一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势，还将具备更加强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其他设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通信、控制和计算功能的C3（Communication，Control，Computing）核心设备。

天线是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素，高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。

对于无源系统，阅读器通过耦合元件发送出一定频率的射频信号，当标签进入该区域时通过耦合元件从中获得能量以驱动后级芯片与阅读器进行通信。阅读器读取标签的自身编码等信息并解码后送至数据交换、管理系统处理。对于有源系统，标签进入阅读器工作区域后，由自身内嵌的电池为后级芯片供电以完成与阅读器间的相应通信过程。

此外，还有服务器（后台管理系统）。后台管理系统是在阅读器与企业应用之间的中间件，RFID系统的重要组成部分。该中间件为企业应用提供一系列计算功能，在电子产品编码（EPC）规范中被称为SAVANT。其主要任务是对读写器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器传往企业应用的数据量。同时SAVANT还提供与其他RFID支撑系统进行互操作的功能。