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- ELETTRONICA OGGI 434 - MARZO 2014
COMM
RFID
dei problemi di riflessione causati da materiali quali roccia o
liquidi e supportano inoltre il funzionamento a correnti inferiori
rispetto alle trasmissioni UHF. Dato che, a fronte di un’accurata
progettazione, un ricevitore LF può operare ininterrottamente
con una debolissima corrente come quella di dispersione di
una batteria, ciò inciderebbe in misura minima sulla durata
della batteria del tag.
Tuttavia, poiché la portata del sistema è determinata dalla
minore tra la portata di ricezione del ricevitore LF del tag e
quella di trasmissione del trasmettitore UHF del tag, la sen-
sibilità del ricevitore LF assume indubbiamente un’impor-
tanza cruciale.
Per una valutazione di tale soluzione a bassa potenza è di-
sponibile un kit di architettura di riferimento sviluppato da
ams. Quindi, in che modo la soluzione a bassa potenza ap-
pena descritta può garantire un funzionamento prolungato
mediante una batteria di ridotte dimensioni?
Struttura dell’architettura di riferimento di ams:
la stazione di base
La stazione di base è composta da un trasmettitore LF
con funzione wake-up, un ricetrasmettitore RF a 2,4 GHz
(l’AS3940) e un microcontrollore (Fig. 1). La stazione di base
è alimentata tramite la propria interfaccia USB. Come illu-
strato in precedenza, la portata effettiva del sistema è limita-
ta dalla portata di ricezione del ricevitore LF del tag. Per otti-
mizzare la portata di trasmissione LF della stazione di base,
si ricorre a un circuito integrato di gestione dell’alimentazio-
ne (PMIC, Power Management IC) in grado di sopportare un
voltaggio elevato verso l’antenna LF.
Un microcontrollore (MCU) a bassa potenza verifica il fun-
zionamento dei protocolli UHF e LF. Il trasmettitore LF si basa
su una circuiteria a transistor discreti, una rete di adatta-
mento (matching network - MN) e un’antenna su PCB. I LED
indicano lo stato della stazione di base. La funzione prima-
ria della stazione di base è la trasmissione ininterrotta del
pattern di wake-up LF, oltre ai propri dati identificativi. Inol-
tre, raccoglie le informazioni dell’indicatore di potenza del
segnale ricevuto (RSSI - return signal strength indicator) e i
dati identificativi dei tag che si trovano nel raggio di portata
per poi trasmetterli a un controllore o un dispositivo host.
Struttura dell’architettura di riferimento
di ams: il tag attivo
Il tag è composto da un ricevitore wake-up LF (15-150 kHz),
l’AS3933, un ricetrasmettitore FSK (modulazione a sposta-
mento di frequenza) UHF a 2,4 GHz, l’AS3940, e una MCU
a bassissima potenza (Fig. 2). Come illustrato in preceden-
za, la portata effettiva dell’intero sistema dipende in larga
misura dalla sensibilità del ricevitore wake-up. L’intelligente
architettura adottata utilizza la modalità di input a tre canali
dell’AS3933. Nelle applicazioni di precisione in cui è adatta
la tecnologia dell’RFID attivo, l’orientamento tra la stazione
di base e il tag attivo non è generalmente fisso. L’architettura
di riferimento di ams utilizza quindi un sistema di antenne a
tre dimensioni in cui ogni asse (x, y e z) è dotato di un’an-
tenna che alimenta uno degli input del dispositivo. Queste
tre bobine LF sono combinate in un package singolo. Tipi-
camente l’AS3933 garantisce una sensibilità di ricezione di
80 μV
rms.
Il percorso di trasmissione UHF è implementato tramite il
ricetrasmettitore a 2,4 GHz dotato della propria rete di adat-
tamento (MN) e dell’antenna su PCB. I LED fungono da indi-
catori dello stato.
Tipicamente, in un sistema basato su tale architettura di rife-
rimento, un tag attivo dotato di una piccola batteria a botto-
ne CR2032 dovrebbe funzionare per circa tre anni.
Funzionamento del sistema
La stazione di base opera nella modalità seguente. Il micro-
controllore inizializza il ricevitore wake-up LF e il ricetra-
smettitore UHF con le impostazioni aggiornate dei registri
di configurazione.. Successivamente, trasmette il segnale di
wake-up LF. In seguito alla trasmissione LF, l’MCU attiva la
modalità ricezione del ricetrasmettitore a 2,4 GHz, in attesa
della risposta dei tag attivi.
Dopo la risposta dei tag, è innanzitutto necessario il tempo-
raneo accoppiamento con la stazione di base. Ad accoppia-
mento avvenuto, si attende la trasmissione di un pacchetto
dati in streaming. Tale pacchetto contiene l’ID del tag e le
informazioni dell’RSSI (in caso di mancato accoppiamento,
la stazione di base trasmetterà una seconda richiesta di ac-
coppiamento temporaneo dopo un certo periodo di tempo).
In seguito alla trasmissione in streaming del pacchetto, la
Fig. 3 – Configurazione dimostrativa del sistema RFID attivo di ams
