「阿库课堂」RFID基础知识7·低频篇

RFID上、中、下游各环节知识讲解完毕。经过前三章的学习，想必大家也有所了解；在本期的小课堂中，阿库将详细为你展开讲讲低频RFID的故事。

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一、低频RFID简述

低频主要采用电感耦合的方式进行通信，其工作频率范围为30kHz～300kHz。典型工作频率有125KHz和134.2KHz，阅写器和电子标签基本采用线圈天线进行相互感应，电子标签位于阅读器的近区，当超过此范围，近场耦合就失去作用，逐步过渡到远距离的电磁场，当位于阅读器的远区时，电磁场将摆脱天线，作为电磁波进入空间中，低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）。

二、125KHz介绍

在日常的市场环境中，低频的125 kHz RFID技术采用电感耦合方式工作。由于电子标签的成本低，非金属材料和水对该频率具有较低的吸收率，所以在门禁卡、钥匙扣、身份识别、公交系统和民用水表领域得到广泛应用。

（1）标签芯片

市面上低频芯片的主要供应商为瑞士EM、泰国SiliconCraft、台湾瑞新、台湾晖鸿、NXP、Atmel等。低频RFID 标签芯片可分为两类，一类是只读的产品，这类产品成本低，量相对较大，主要的应用领域在门禁卡、钥匙扣等身份识别类场景。另外一类是既可以读也可以写的产品，此类产品价格相对高一些，主要应用领域有动物标签、地埋标签等。

主流的125KHz主要芯片厂家的产品规格参数如下：

二、134.2KHz介绍

动物的身份识别和追溯应用中，主要为低频的134.2KHz为主，低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。由于低频采用普通的CMOS工艺，具有省电、廉价的特点，工作频率低抗干扰能力强，受温度﹑湿度﹑障碍物的影响小，还可以穿透水、有机组织，能够在各种恶劣的环境下进行正常工作，在动物跟踪溯源领域得到广泛应用。

（1）标签芯片

低频134.2kHz标签的芯片一般具备可读可写功能，有大容量存储空间，内部结构相对复杂，宠物注射识别行业需求量较大，根据芯片各个模块的功能不同，可以将其分成三个基本部分；射频模拟前端(RF Analog Front-End)、数字控制部分(Digital Controller)、可读写的EEPROM存储器(Memory)。具体逻辑结构示意图如下所示：

 逻辑结构示意图

射频模拟前端(RF Analog Front-End)部分完成芯片和读卡器之间的接口连接，同时为数字电路工作提供一些必要的工作信号。射频模拟部分完成标签芯片的能量获取，时钟提取，系统上电复位，系统的调制解调工作。射频模拟是承接读卡器和标签芯片之间通信的唯一桥梁，是保证RFID系统的整体通信基础。

数字控制部分(Digital Controller)完成标签芯片的逻辑控制功能。标签芯片的登陆认证控制，密码安全校验，数据通讯的错误校验，读写的逻辑控制，读卡器数据输出编码及速率的逻辑设计实现等。标签芯片的数字控制部分位于射频模拟部分和存储单元之间，是连接两者的桥梁。掌管着整个整个通信系统的工作时序。

可读写的EEPROM存储器(Memory)完成整个标签芯片数据的存储工作。其中包括密码存储﹑用户码﹑芯片配置信息和ID码的存储等。存储单元的存在，保证了芯片的唯一性，使其能与读卡器等进行数据交换，为芯片标识的核心意义所在。

主流的134.2KHz主要芯片厂家的产品规格参数如下：

三、标签天线

低频的标签天线主要以线圈为主，无源低频RFID 电子标签是通过磁场耦合实现与标签识读器之间的通信，磁场在自由空间传播衰减很快，因此该电子标签的读写距离很短。低频标签不可群读，只能单独读取。

天线的制作主要有：①线圈绕制法，②蚀刻法、③烫印法和④直接印制法（导电油墨印刷法），目前国内外主要以蚀刻法和电镀法为主，直接印刷法是最近新起的印制技术。

应用在125k-135kHz的RFID标签天线，主要利用线圈绕制法制作，需要在一个绕制工具上绕制标签线圈并用烤漆进行固定，要求天线线圈匝数较多，圈数几百，通过焊接的方式将天线和芯片相连，①优点是简单、工艺不复杂，②缺点是成本高、生产效率低 。

标签天线的多因素决定着读距，主要有以下几个点：

★ 天线线圈的形状尺寸

★ 天线线圈的半径大小

★ 线圈的环绕匝数

两种常见低频线圈天线如下图所示:

圆形绕制线圈天线  

 矩形绕制线圈天线

四、读写设备

读写设备主要是对低频标签的数据进行采集分析，实际应用中可分为固定式读写器、移动式读写器两类，进行数据读取或写入操作，低频读写器由天线、射频模块、控制系统三部分构成，满足的协议如下；

① ISO 18000-2是空中接口议标准，规定了电子标签和读写器之间通信的物理接口，规定了协议、指令以及多标签通信的防碰撞方法。

② ISO11784/85 标准是应用于动物识别协议，选择动物识别产品必须要满足此协议。

读写器基本框架图  

嵌入式控制系统主要功能

①完成与上位机应用软件的交互；

②控制与电子标签的通信过程；

③信号的编码与译码，以及执行标签的防碰撞算法数据加密。

射频接口主要功能

①产生低频的发射功率，启动电子标签并为它提供能量；

②调制发射信号，将数据传送给电子标签；

③接收并解调来自电子标签的低频信号。  

（1）固定式读写器

低频读写器虽然在耦合方式、通信流程、数据传输方法等功能原理上十分类似，但是在外观构造设计上有着明显差异，固定式读写器主要应用在半导体、牲畜屠宰厂、刀具等自动化生产线进行溯源管理。

固定式读写器类型

（2）移动式读写器

移动式读写器市面上主要以手持PDA加装低频模块和只读式扫描仪两种类型为主，适合各种移动政务、巡检、仓储和畜牧业上管理应用，根据实际应用场景可选择带应用系统和不带应用系统设备，以下是几款移动手持式读写器特点。

★ 设备轻薄，方便携带适用于任何移动场所数据采集。

★ 大容量电池，有助于提高工作人员出入库、盘点等业务效率，减小出错率。

★ 识别低频标签速度快， 实时采集，即时显示、即时反馈。

移动式读写器类型

以上为低频RFID简述内容。由于【低频RFID】内容篇幅较长，为帮助大家消化理解，阿库已将本部分内容拆分为2小节~下期阿库将为你讲讲低频RFID的应用场景与应用案例。