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謝建新:UHF無源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與選擇

2013-08-22 17:56 物聯(lián)網(wǎng)世界網(wǎng)

導(dǎo)讀:8月15日,2013第六屆國際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高峰論壇與“2013第五屆中國(深圳)國際物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)”同期舉辦。會(huì)上,美國意聯(lián)科技全球副總裁謝建新作了“UHF無源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與選擇”的主題報(bào)告。

  8月15日,2013第六屆國際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高峰論壇與“2013第五屆中國(深圳)國際物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)”同期舉辦。會(huì)上,美國意聯(lián)科技全球副總裁謝建新作了“UHF無源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與選擇”的主題報(bào)告。以下是文字實(shí)錄:

美國意聯(lián)科技全球副總裁謝建新

美國意聯(lián)科技全球副總裁謝建新

   

謝建新:謝謝大家,陳總把我們帶到了十年后的愿景,我再把大家?guī)У浇裉欤褪俏覀兠媾R的挑戰(zhàn)。我們做物聯(lián)網(wǎng)也好,一個(gè)最基本的工作,我覺得任何一個(gè)事情,如果基本工作沒做好,將來你怎么去蓋這樓,都沒有辦法蓋好。

今天我跟大家分享一下我們自己在全球,特別是在研發(fā)生產(chǎn)上的一些經(jīng)驗(yàn)。目的就是希望能跟行業(yè)同仁,或者跟將來在行業(yè)內(nèi)有需求的伙伴們,大家都能知道怎么把基礎(chǔ)工作做得扎實(shí),好讓物聯(lián)網(wǎng)也好,大數(shù)據(jù)也好,云平臺(tái)的夢想都能一一的實(shí)現(xiàn)。

今天,我演講的題目就是《UHF無源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與選擇》,大家看到這個(gè)副標(biāo)題,“它是藝術(shù)與科學(xué)的完美結(jié)合”。

Zander Livingston提出來RFID是一個(gè)非??旖莸募夹g(shù),并且十分精準(zhǔn),毋庸置疑RFID會(huì)減少勞力。但是為產(chǎn)品找到適合的RFID標(biāo)簽往往十分費(fèi)力,而費(fèi)力通常意味著要付出昂貴的代價(jià)。我相信今天大家在行業(yè)里開始在做一個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候,你自己已經(jīng)可以感同身受,知道怎么樣去選擇一個(gè)適合的標(biāo)簽來滿足你項(xiàng)目的需求,這確實(shí)你要花時(shí)間、花代價(jià),這樣的一個(gè)代價(jià)還無所謂。假如是因?yàn)槟阕龀隽艘粋€(gè)錯(cuò)誤的抉擇,選擇了一個(gè)錯(cuò)誤的標(biāo)簽,那么產(chǎn)生的損失,這個(gè)代價(jià)就不是每個(gè)人樂意見到的。

今天的問題,我相信大家在展會(huì)上都看到各式各樣不同的標(biāo)簽,但是不是每個(gè)標(biāo)簽都是一樣的呢?所以當(dāng)你們?cè)谌ピ儐枙r(shí),一定要先了解不是每個(gè)標(biāo)簽都是一樣的,這是一個(gè)非常重要的心里轉(zhuǎn)變。

在談到無源超高頻標(biāo)簽選擇和設(shè)計(jì)的時(shí)候,RFID已經(jīng)慢慢在取代條形碼,因?yàn)闂l碼是要一次只能進(jìn)行一次的技術(shù),條碼是有距離限制的技術(shù),所以這些限制也凸顯了RFID在技術(shù)上的優(yōu)越性,也就是因?yàn)檫@些技術(shù)的優(yōu)越性讓我們不斷在往前邁進(jìn)。那么我們應(yīng)該怎么充分的、正確的使用這個(gè)技術(shù),能讓我們?cè)瓉淼目蛻粢埠?,或者是我們自己的需求,可以用這個(gè)新的技術(shù)來解決問題。

RFID特性和天線設(shè)計(jì)的充分原理,這一定是一個(gè)必要考慮的問題。因?yàn)槟闳羰遣蝗チ私馑奶匦?,你掌握不了特性的時(shí)候,你就沒有辦法知道你要去問什么問題。當(dāng)你不能對(duì)天線設(shè)計(jì)充分理解的時(shí)候,你就絕對(duì)不知道原來這個(gè)標(biāo)簽有這樣那樣的限制;這個(gè)標(biāo)簽在使用的時(shí)候有這樣的挑戰(zhàn);你不了解的時(shí)候你沒有辦法問出一個(gè)正確的問題,你就沒有辦法從你的供應(yīng)商或者從你的伙伴得到一個(gè)好的建議。

所以,現(xiàn)在我們?cè)谧鲞x擇和做設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須要考慮它的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。你必須要考慮標(biāo)簽應(yīng)用的對(duì)象和它周圍環(huán)境;你必須考慮它的大小和性能,還有一個(gè)正向鏈路和反向散射是怎么實(shí)施的;另外,標(biāo)簽設(shè)計(jì)的供應(yīng)商其實(shí)很重要。大家都說自己能夠設(shè)計(jì)天線,但是相信在座的可能你們?cè)诮佑|跟他們探討的時(shí)候也會(huì)慢慢意識(shí)到,就是一個(gè)好的伙伴他一定要對(duì)芯片和天線基本的知識(shí)要掌握;而且另外一個(gè)你必須要了解到標(biāo)簽芯片本身特殊的功能,你怎么把這些東西做好匹配,這些都是我們必須要去考慮的。我們?yōu)榱藴p少實(shí)際操作過程中遇到不理想狀況的發(fā)生,我們就要先為自己做好這個(gè)準(zhǔn)備工作。

我相信我今天在這里講的,特別是在無源超高頻的芯片,這樣一個(gè)標(biāo)簽它的特色是非常簡單的,它的價(jià)格比較低,它的距離雖然短,但是由于成本的關(guān)系,所以在量的使用上,可以被選為是適合的技術(shù)。

我們今天稍微花點(diǎn)時(shí)間來看一下標(biāo)簽的解析,一個(gè)標(biāo)簽里有兩個(gè)組成,一個(gè)是天線結(jié)構(gòu),另外一個(gè)就是中間非常小的芯片。芯片里必須要有一些數(shù)字邏輯、存儲(chǔ)器、調(diào)制調(diào)解器、振蕩器、邏輯電路和電源電路等等。這些可能不是我們平時(shí)關(guān)注的,我們關(guān)注的是什么?這個(gè)技術(shù)到底它的運(yùn)作原理是什么,我們可以用很簡單的方式看RFID系統(tǒng)的時(shí)候,它有幾個(gè)必備的組成。第一、一個(gè)無源的RFID必須要有一個(gè)天線,要有一個(gè)芯片,要有一個(gè)反向散射的發(fā)射器。第二、還需要RFID的閱讀器,可以使它可以提供標(biāo)簽一個(gè)電源;提出對(duì)標(biāo)簽詢問的指令;還可以接受標(biāo)簽返回來的信息。第三,你根據(jù)這個(gè)順序來看,讀寫器為標(biāo)簽提供電源,同時(shí)可以發(fā)出一些指令,然后標(biāo)簽驗(yàn)證讀寫器的認(rèn)證,標(biāo)簽接著返回信息,閱讀器顯示標(biāo)簽的信息或狀態(tài),這是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的過程。

在這個(gè)運(yùn)作過程中,我們要想到到底是什么事情讓這些標(biāo)簽在不同層面存在著問題和挑戰(zhàn)。第一個(gè)就是剛才講到它必須接收能量;第二它必須要獲得這些調(diào)制的指令,在接收能量去激活這個(gè)芯片的時(shí)候,你必須接到這個(gè)指令才知道接下來要做什么事情;第三個(gè)調(diào)制能量,當(dāng)你具備了能量,你也知道我要做什么事情,你用什么方式把這些信號(hào)反射回去的時(shí)候,這就是另外一個(gè)傳輸上我們必須要考慮的。但是這樣一個(gè)簡單的標(biāo)簽只有兩個(gè)天線,我想在座的你沒有真正去理解的時(shí)候,你可能不了解,我這邊很簡單的說一下,這里面的結(jié)構(gòu)中間的小環(huán)叫做內(nèi)共振,LC線圈,外面的大是一個(gè)圓形,超高頻又可以做短,又可以做遠(yuǎn),從這樣的角度,在技術(shù)上是設(shè)計(jì)過程,你自己可以去控制的,不像低頻和高頻它本身已經(jīng)被限制住了,它只能在它現(xiàn)有的基礎(chǔ)上做應(yīng)用。

在標(biāo)簽選擇上我們會(huì)遇到不同的問題,比如地方的區(qū)域問題,我相信很多尤其是在做生產(chǎn)的時(shí)候,你在產(chǎn)品貼標(biāo)的時(shí)候,你必須考慮你的這個(gè)貨是供應(yīng)到什么區(qū)域,你是供給美國的客戶還是供給歐洲的客戶,按照現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn),美國、歐洲、中國、日本都有自己不同的要求。

我剛才前面講不是每個(gè)標(biāo)簽是一樣的,看起來很像,但是你仔細(xì)看它中間的線路,我說LC,上面的和下面的這個(gè)位置,這個(gè)位置明顯它的距離和這個(gè)要更遠(yuǎn)一些,我們就是通過這樣一些線路,讓同樣的標(biāo)簽適合不同的標(biāo)準(zhǔn)。我們從使用者來講,我們必須要考慮你的標(biāo)簽要在哪里被應(yīng)用。

另外一個(gè)在基本應(yīng)用的原理里,一個(gè)標(biāo)簽和讀寫器之間,它通過電磁波的交流和傳輸。假如中間有一個(gè)東西把這個(gè)信號(hào)擋住了怎么辦?擋住了的話,這個(gè)載體本身自己的特性又是什么?第一,它是不是一個(gè)透波的材料,所謂透波就是信號(hào)永遠(yuǎn)能夠穿透它,不會(huì)造成明顯的差異,但是可能它的信號(hào)會(huì)有衰竭?;蛘咚旧硎且粋€(gè)不透波,比如金屬,你的信號(hào)打出去反射回來,這就是很多時(shí)候在現(xiàn)場應(yīng)用遇到的問題,回到一個(gè)很基本的層面,就是由于在標(biāo)簽跟讀寫器之間中間產(chǎn)生了一些環(huán)境的變化,這個(gè)環(huán)境變化可能由于中間一些物體造成的。

另外一個(gè)在應(yīng)用上我們可以看到,標(biāo)簽貼在什么介質(zhì)上,假如今天一個(gè)標(biāo)簽是貼在一個(gè)導(dǎo)電的介質(zhì)上,就好象你用一個(gè)回形針對(duì)一個(gè)電池做一個(gè)斷路,這個(gè)電池就沒有辦法去工作了。在導(dǎo)電介質(zhì)的表面,比如金屬管它的電壓基本上是零,這也是告訴我們,為什么它沒有辦法把一個(gè)RFID超高頻的標(biāo)簽貼在一個(gè)金屬板上面,它是讀不到的,除非你知道了這樣的挑戰(zhàn),你針對(duì)這個(gè)標(biāo)簽做一個(gè)特殊的處理,就是今天的抗金屬標(biāo)簽,在這樣的情況下,這個(gè)標(biāo)簽是可以工作的。

接下來我要給大家稍微看的就是我們自己在做天線設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們做一些圖形的的分析,大家都買股票,都看過股市波動(dòng)的圖,其實(shí)你不需要懂得每個(gè)圖代表的意義,但是你一定要懂得幾個(gè)重點(diǎn),就是說這個(gè)趨勢,你要抓住幾個(gè)重點(diǎn)。我們來看這個(gè)圖也用這種方式來理解就可以了,你不需要知道這個(gè)代表什么意思,那個(gè)代表什么意思,但是將來你對(duì)你的供應(yīng)商,他要是能提供這樣一個(gè)圖給你看的時(shí)候,你要抓住幾個(gè)重點(diǎn)。

這是一個(gè)測試標(biāo)簽,性能在空氣中波動(dòng)的一個(gè)簡單的圖形,這里面有三條不同顏色的線,第一個(gè)就是TOT,就是你需要多少能量把這個(gè)標(biāo)簽啟動(dòng),這是一個(gè)波形。你可以看到你的標(biāo)簽整個(gè)的波動(dòng)圖,我們這里看到的大概在900-950兆的分布,中心頻點(diǎn)明顯是在950兆。因?yàn)樗且粋€(gè)反射的信號(hào),所以它需要的能量是怎么樣的?就是你的能量傳出去,傳得越遠(yuǎn)越好,理論上是這樣講。但是在接收的時(shí)候,你要能越靈敏越來好,因?yàn)橐粋€(gè)電磁波它先要把芯片激活,如果你的靈敏度很高的話,即使這個(gè)信號(hào)非常微弱,你也能把這個(gè)芯片激活起來。

大家可以看到這個(gè)圖,等于是兩個(gè)峰值應(yīng)該是越低越好,就表示它的靈感度非常好。左邊的這個(gè)峰是由內(nèi)線圈決定的,就是剛剛第一個(gè)圖看的那個(gè)小的線圈,右邊這個(gè)峰值是由原產(chǎn)天線決定的。再往下看,當(dāng)你把這個(gè)標(biāo)簽放在某一個(gè)物體上的,大家可以看到它的峰值改變了,它做了一個(gè)偏移,我們剛才中心頻點(diǎn),現(xiàn)在很明顯,原來中心頻點(diǎn)在950M,現(xiàn)在中心頻點(diǎn)換了,什么意思?當(dāng)你去設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)簽的時(shí)候,你必須要了解它的應(yīng)用場景,當(dāng)你把這個(gè)標(biāo)簽貼上去的時(shí)候,它往左漂了,就表示它從原來中心的頻點(diǎn)950M,現(xiàn)在到了920M。當(dāng)你把這個(gè)標(biāo)簽貼在這個(gè)物體上的時(shí)候,這個(gè)標(biāo)簽是非常優(yōu)化的標(biāo)簽,當(dāng)它在空氣的時(shí)候,剛才講了它的中心頻點(diǎn)在950M,并不是中國物委會(huì)定出來的標(biāo)準(zhǔn),它不符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),但是當(dāng)你把這個(gè)東西貼上去的時(shí)候,它完全就回到我們期望的情況。這也是在設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們必須考慮之前和之后的差異來作為你設(shè)計(jì)的指引,也可以看到它是一個(gè)向理想的頻率移動(dòng),等于它向左邊移動(dòng),在這里面考慮到它擴(kuò)增或者壓縮,最關(guān)鍵的我希望大家可以看到這個(gè)。

剛才我們是把在空氣中的圖和我們貼在物體上的圖做了一個(gè)比較,你可以看到在你自己設(shè)計(jì),或者你在選擇采購這樣一個(gè)標(biāo)簽的時(shí)候,到底它物理特性和它在應(yīng)用中特性的差異。所以,我們必須有幾個(gè)基本的步驟,第一個(gè)就是我們一定要做仿真的設(shè)計(jì),懂行的人對(duì)這些是非常熟悉的,另外一點(diǎn)非常關(guān)鍵的就是阻抗的匹配,我從Alien來講,大家在行業(yè)里對(duì)Alien的認(rèn)知,我們提供芯片、也提供讀寫器,在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上,我們是完全覆蓋的。

在這方面我們對(duì)天線和芯片的匹配,我們自己掌握是非常到位的,并不是說你不生產(chǎn)芯片你就做不到,而是說可能你需要花更多時(shí)間對(duì)芯片的特性進(jìn)行掌握。當(dāng)阻抗的匹配你自己控制得好的時(shí)候,你來看整個(gè)天線的仿真圖,你再來看電流的分配,因?yàn)槟阋措娏鞅旧硎遣皇呛芊€(wěn)定的,所以你就可以知道這個(gè)標(biāo)簽在使用的時(shí)候會(huì)不會(huì)不穩(wěn)定。

第五個(gè)就是剛才我們講到的在驗(yàn)證過程,會(huì)有很多科學(xué)的圖紙來幫助我們,對(duì)我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。然后掌握住設(shè)計(jì)的思路和方向的時(shí)候,我們就可以創(chuàng)建圓形圖紙,自己制作手工樣品,然后把這個(gè)手工樣品進(jìn)行掃描交驗(yàn),這是一個(gè)比較完整的程序。所以,一個(gè)簡單的天線設(shè)計(jì)絕對(duì)不是說拿一個(gè)圖抄一下,就可以做成一模一樣的東西,這里面有很多的學(xué)問。

我們這次的展位也特別把仿真的條件、環(huán)境帶過來了,假如各位你們對(duì)你們自己現(xiàn)在應(yīng)用的標(biāo)簽,或者你們自己在設(shè)計(jì)標(biāo)簽方面有興趣,也歡迎你們到我們的展臺(tái),我們跟你們一起里探討,看看你們的標(biāo)簽是不是存在設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn),或者它本身的性能是否已經(jīng)能滿足你們的需求。

在標(biāo)簽設(shè)計(jì)的時(shí)候也要考慮它的一些需求,這邊我們列出來的是最佳標(biāo)簽設(shè)計(jì)必須要考慮的科學(xué)的方法,然后在這個(gè)基礎(chǔ)上你要用藝術(shù)的方式來對(duì)你的設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。我再說一下它的要求,天然RF的要求、什么頻段、反向射頻程度、寫入靈感度、讀取的靈敏度、標(biāo)簽的環(huán)境、它的材質(zhì)介電常數(shù),它到底是靠近金屬還是靠近水,是不有有干擾的環(huán)境,在電線外形的需求長度、寬度,IC放在什么位置,這都是很基本的需求,IC的參數(shù)、讀取的阻抗、反向的阻抗、寫數(shù)據(jù)的阻抗、天線的參數(shù)等等。

你看到左邊這個(gè)圖,當(dāng)我們?cè)谧鲆粋€(gè)天線設(shè)計(jì)的時(shí)候,等于你把一個(gè)氣球,你這邊壓的時(shí)候,你發(fā)現(xiàn)你這邊壓得多了,那邊可能就凸出來的多,你這邊壓得少的時(shí)候,那邊可能就沒凸那么多。這永遠(yuǎn)是一個(gè)互動(dòng)的關(guān)系,為什么講它是一門運(yùn)用科學(xué)的藝術(shù)?就是你怎么在這中間達(dá)到平衡,這需要經(jīng)驗(yàn),絕對(duì)不是今天我設(shè)計(jì),我拿一個(gè)圖紙一抄,我改了就可以的,這里面有很多講究,希望大家要好好的去思考。

標(biāo)簽設(shè)計(jì)確實(shí)是一門運(yùn)用科學(xué)的藝術(shù),你必須要尋找具有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐知識(shí)的伙伴,這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)的產(chǎn)業(yè)鏈,我們每個(gè)人一定要在自己的崗位上各盡其職。意聯(lián)具備了超過15年的芯片的經(jīng)驗(yàn),我們很樂意跟行業(yè)伙伴分享。另外一個(gè)就是我講到的,在技術(shù)的共生關(guān)系上,從芯片、天線、生產(chǎn)到最后品質(zhì)的檢驗(yàn)要求,這都是我們要考慮的,我們非常專注于開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案,唯有這樣在每個(gè)項(xiàng)目上不會(huì)受到技術(shù)特有規(guī)格的捆綁,因?yàn)閷?duì)終端客戶而言這是他們非常需要的,所以我們今天支持6C的標(biāo)準(zhǔn),唯有這樣才能促進(jìn)行業(yè)接受RFID技術(shù)。客戶才能很好的利用RFID技術(shù),而不會(huì)受限于封建型的專有技術(shù)和產(chǎn)品,這是我們自己的承諾,也是我們接下來跟大家一起分享的一個(gè)心態(tài)。

我們有很多新的標(biāo)簽,也歡迎大家到我們的展臺(tái)上去體驗(yàn)一下,我們今年9月19日在美國拉斯維加斯有一個(gè)用戶大會(huì),也希望大家考慮跟我們一起有更多深層的分享。

我的演講就到這里。

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