Capitolo 1

Capitolo 1

Transponder RFID passivo

Introduzione ai Sistemi RFID

I Sistemi RFID (Radio Frequency Identification) sono dispositivi in grado di assegnare un’identità univoca, in modo automatico, senza diretta visibilità, ad un qualsiasi oggetto a cui è stato appositamente applicato un transponder.

Come noto, un sistema RFID è composto da un lettore (reader) e da molti transponder (tag).

In figura seguente, è mostrato lo schema a blocchi del sistema lettore + tag, dove si mette in evidenza la comunicazione tra reader e tag, attraverso un segnale modulato a Radio Frequenza.

READER TAG Antenna reader Antenna tag Energia+richiesta dati Dati richiesti

Transponder

Il cuore della tecnologia RFID è il transponder, che consiste in un micro chip e relativa antenna di comunicazione.

Il transponder è un dispositivo ricetrasmettitore, in grado di immagazzinare dati, e su richiesta di un interrogatore, inviare le informazioni.

Possono essere applicati a oggetti, persone o animale.

Questi componenti, che hanno già trovato grande impiego nel campo della sicurezza, nel riconoscimento delle persone e animali, nella logistica e nel pre-pagamento attraverso tessere o chiavi speciali, hanno la caratteristica particolare di poter essere interrogati a grande distanza, anche attraverso materiali non metallici, senza la richiesta di alcuna manutenzione.

Le principali distinzioni da fare sulle varie categorie e tipologie di tag, sono le seguenti.

• Frequenza di lavoro

• Range di interrogazione e tipo di accoppiamento utilizzato • Presenza o meno di alimentazione a bordo del tag

• Capacità di memoria e sua riscrivibilità • Tipologia di codice identificativo del tag • Standard usato per la trasmissione dei dati

La tecnica di riconoscimento automatico RFID, basata su transponder passivi, si sta rivelando, soprattutto negli ultimi anni, come una delle più efficaci nei vari settori dove è richiesta una identificazione automatica (applicazioni industriali, trasporti, campo militare, medicina, identificazione automobili, eventi sportivi, gestione archivi di biblioteche, identificazione di animali, ecc….)

Il principale vantaggio di un tag passivo, è quello di non richiedere una batteria a bordo per l’alimentazione del chip, ma di sfruttare l’energia trasmessagli dal reader, attraverso una opportuna intensità di campo elettromagnetico.

Sfruttando questa energia, il tag è in grado di inviare i dati richiesti al lettore. I dati possono essere inviati in entrambe le direzioni a seconda delle caratteristiche del transponder, il quale può incorporare sia un chip con memoria a sola lettura ROM, che una memoria EEPROM, che consenta l’operazione di scrittura e lettura.

Architettura generale Transponder passivo

Antenna

RF section

Digital section

ROM / EEPROM

Figura 2: Architettura generale di un Transponder passivo

• Antenna : costituisce l’elemento di accoppiamento ed è situata sulla parte esterna del transponder.

A seconda del range di frequenza in cui un dispositivo lavora, assume varie forme e tipologie costruttive.

I tags in banda LF ( f inferiore a 135 kHz) e in banda HF ( tipicamente

con f =13.56 MHz), operanti in campo vicino, utilizzano come antenna una semplice bobina.

I tags in banda UHF e Microwave, impiegano antenne patch, a microstriscia, slot, a dipolo.

• Sezione RF (Radio Frequency) : è la sezione analogica del transponder, ed è composta dai seguenti blocchi funzionali.

o Generatore di tensione di alimentazione continua (DC) o Generatore di clock

o Modulatore o Demodulatore

• Sezione Digitale : è la parte circuitale di gestione dell’interfaccia RF, di gestione dei protocolli di comunicazione con il lettore, di gestione accesso alla memoria per il trasferimento dei dati, di gestione delle procedure di anticollisione, di sicurezza e di gestione correzione errori.

• Memoria : in base alla tipologia e alla funzionalità del transponder, sarà una memoria ROM, a sola lettura, oppure EEPROM, a lettura/scrittura. La capacità di memoria è una delle caratteristiche di distinzione su cui sono classificati i transponder, e può variare dalla minima unità di 1 bit, fino ai kilo bit.

In questo capitolo, andremo in particolare a porre l’attenzione sui tags passivi con frequenza di lavoro in banda UHF (Ultra High Frequency) e Microwave.

Tag passivi UHF e Microwave

I tag passivi che lavorano in banda di frequenza UHF (860-960 MHz) e microonde (2.5 GHz e superiore), sfruttano un tipo di comunicazione dati, verso il lettore, basata sull’accoppiamento elettromagnetico, in campo lontano (long

range).

Le onde elettromagnetiche provenienti dal reader, incidono sull’antenna del transponder, la cui sezione RF (Radio Frequency), ha lo scopo di catturare l’energia prodotta dalla tensione indotta sui terminali di ingresso, e trasformarla in

parte in energia di alimentazione del chip, e in parte di rifletterla verso l’interrogatore, per la trasmissione dell’informazione richiesta.

La tipologia di modulazione utilizzata per la comunicazione, è la modulazione della radiazione retrodiffusa (backscatter), che andremo più avanti ad analizzare.

Andiamo ad illustrare le principali caratteristiche delle due tipologie di tags, in questione.

Tag UHF

o Frequenza di lavoro: 868f =865− MHz (EU) e MHz (USA)

915 =

f

o Tipica distanza massima lettura: max 3 m o Caratteristiche generali:

Alta potenzialità di diventare meno costosi di quelli in banda LF (Low Frequency), grazie a recenti miglioramenti nella progettazione dei relativi chip.

o Alimentazione tag: transponder con batteria integrata o passivi ad accoppiamento capacitivo di Campo Elettrico.

o Applicazioni tipiche: tracciamento di pallets o contenitori, sistemi di pedaggio elettronico, gestione bagagli (USA).

o Data Rate: medio

o Capacità di lettura con metalli e liquidi: bassa o Dimensione del contenitore: piccolo

Tag Microwave

o Frequenza di lavoro: 45f =2. GHz e f =5.8GHz o Tipica distanza massima lettura: max 100 m o Caratteristiche generali:

Simili ai tags UHF

Elevata sensibilità alla degradazione dei segnali in presenza di liquidi o metalli.

Offrono un segnale molto più direzionale rispetto a quelli UHF, ideale per alcune applicazioni.

o Alimentazione TAG: tag attivi con batteria integrata o tag passivi ad accoppiamento capacitivo di Campo Elettrico.

o Applicazioni tipiche: Supply chain management, sistemi di pedaggio elettronico.

o Data Rate: alto

o Capacità di lettura con metalli e liquidi: molto bassa o Dimensione del contenitore: molto piccolo

Come è noto, i transponder che lavorano in banda LF e HF, sfruttano il segnale portante proveniente dal lettore, per ottenere il segnale di clock della sezione digitale, eseguendo una opportuna divisione di frequenza.

I dispositivi che lavorano in banda UHF e Microwave, affinchè possano incrementare la distanza operativa, devono sottostare a particolari vincoli a riguardo della potenza dissipata dall’intero chip.

A differenza dei dispositivi che operano a più basse frequenze, questi devono presentare un circuito oscillatore (clock) sul chip, tale da provvedere al funzionamento alla corretta frequenza della macchina a stati finiti.

Una soluzione architetturale di un tag, con frequenza di lavoro in banda UHF e Microwave, sarà presentata nel capitolo 2, dove saranno messe in evidenza le particolari strategie di ottimizzazione della sezione RF, al fine di ottenere un basso consumo di potenza e un range operativo di alcuni metri.

Particolare attenzione sarà posta nel capitolo 3 sul progetto del generatore di clock del transponder passivo.

Modulazione della Radiazione Retrodiffusa

Come accennato precedentemente, l’accoppiamento in campo lontano (long

range), è basato su onde elettromagnetiche provenienti dal lettore, che arrivano ad

incidere sull’antenna del transponder.

La sezione RF del tag, ha lo scopo di catturare l’energia prodotta dalla tensione indotta sui terminali di ingresso, e trasformarla in parte in energia di alimentazione del chip e di riflettere il resto verso il lettore, trasferendo così i dati richiesti.

L’energia riflessa verso l’interrogatore, sarà opportunamente modulata, in base all’informazione da comunicare, prelevata dall’unità di memorizzazione dati presente sul tag ( memoria ROM, SRAM, EEPROM, ecc..).

Il lettore, in accordo con gli standard ISO, può trasmettere al transponder, al massimo una potenza , definita come il prodotto tra la densità di energia S dell’onda elettromagnetica irradiata dall’antenna del reader in tutte le direzioni, e la superficie di una sfera a distanza r dalla sorgente di emissione.

[

EIRP P

]

∫

La potenza irradiata dall’antenna trasmittente, è data dal prodotto tra la potenza fornita in antenna dal lettore , e il guadagno di antenna G , che corrisponde all’indicatore di quanto è maggiore la densità di potenza irradiata, rispetto a quella di un radiatore isotropico, alla stessa potenza di trasmissione [1]

1

P ₁

1

EIRP

P =P G (2) ₁

Come vediamo in figura 3, il tag riceve la potenza dal reader, e ne riflette una quantità P_S , [1], che tornerà ad incidere sull’antenna dell’interrogatore.

La potenza riflessa [1] è definita in (3) come il prodotto tra la densità di potenza proveniente dal lettore e la “radar cross section”,σ ( misura della bontà di riflessione delle onde elettromagnetiche di un oggetto).

S P =Sσ (3) Tag Reader P₁ P₃ P_EIRP=P₁ G₁ P_s G₁

Figura 3: Flusso di potenza proveniente del reader verso il tag e viceversa [1]

Poichè la potenza riflessa decresce con il quadrato della distanza dalla sorgente ( ), all’antenna del lettore arriverà la potenza [1] _r2

( )

La potenza ricevuta dal lettore risulterà pari a

3 BACK e

P =S A (5) dove A_e è l’area efficace dell’antenna del reader.

Affinchè il transponder trasmetta l’informazione al reader, il flusso di potenza riflesso verso quest’ultimo, dovrà subire una modulazione. Il transponder può essere schematizzato come un’impedenza Z_T di ingresso, vista dalla sua antenna.

Affinché trasmetta i dati al lettore, questa impedenza deve essere alterata in relazione ai dati da inviare, commutando on/off un’altra impedenza di modulazione . Il risultato è che la potenza riflessa dal tag, cambia di intensità in relazione ai dati, (è modulata). Questa procedura è conosciuta anche come backscatter modulation.

mod Z P_s d Z_mo R_T Data S P_s-mod

Figura 4: Backscatter modulation [1]

La modulazione utilizzata dal tag per trasmettere l’informazione al reader, può essere di fase, di ampiezza, o addirittura una modulazione mista tra le due appena citate. E’ ovvio che la modulazione che viene impiegata, dipende anche dall’architettura del lettore, il quale deve possedere una tecnologia a bordo tale da poter demodulare il segnale di risposta del transponder.

Sappiamo che l’energia irradiata dall’antenna nello spazio, è in forma di onda elettromagnetica, caratterizzata da tre parametri principali, la frequenza, la fase e la potenza. Agendo su questi parametri, il tag è in grado di comunicare al reader l’informazione/dati richiesti.

I sistemi RFID utilizzano modulazioni digitali ASK (Amplitude Shift Key), FSK (Frequency Shift Key) e PSK (Phase Shift Key), che andremo di seguito ad illustrare brevemente.

1. ASK

L’ampiezza dell’oscillazione della portante varia tra due stati u e , dipendenti dal segnale binario codificato da trasmettere.

0 u1 Può essere definito il rapporto tra i due stati, come

m u u =

1

0 _{duty factor (6)}

Il duty factor si può calcolare andando a fare la media aritmetica dell’ampiezza modulata e non modulata, del segnale portante, come [1],

1 ^ 0 ^ ^ u u u m = (7) 1 ^ 0 ^ 1 ^ 0 ^ ^ ^ 0 ^ ^ ^ u u u u u u u u u m m m m m + − = − = ∆ = (8)

Nella modulazione 100% ASK, l’ampiezza della portante non modulata varia tra i valori 2 u^m e 0.

In figura seguente è mostrata una modulazione ASK con m = 50%.

u^ 1 u^ 0 u^_m u^ m m=0.5 t S(t)

2. 2 FSK

La frequenza dell’oscillazione portante varia tra due valori e , dipendenti dal segnale binario codificato.

1 f f₂

La frequenza della portante è definita come la media aritmetica tra le due frequenze sopra citate [1]. La differenza tra la frequenza della portante e le due frequenze caratteristiche, è denominata deviazione di frequenza [1]. CR f 2 2 1 f f f_CR = + (9) 2 2 1 f f f_CR = + ∆ (10)

Per cui dal punto di vista temporale, il segnale modulato 2 FSK equivale alla composizione di due segnali ASK di frequenza e f₁ f₂.

3. 2 PSK

In questa modulazione gli stati del segnale binario codificato sono convertiti in due valori di fase corrispondenti, dell’oscillazione portante, in relazione ad un valore di fase di riferimento.

Se scelgo i valori delle due fasi di 0 ° e 180 °, ciò corrisponderà a moltiplicare per i valori +1 e –1, il segnale portante.

Dopo aver accennato il concetto su cui si basano le varie modulazioni , è doveroso citare la loro applicazione, nel caso di backscatter modulation.

Un transponder può essere schematizzato attraverso un circuito equivalente, come segue.

R_A V_S

ANTENNA

R jX

TRANSPONDER

Figura 6: Circuito equivalente di un transponder, visto dalla sua antenna [1]

ASK Backscatter Modulation

L’impedenza vista dall’antenna del tag può essere rappresentata come resistenza R in parallelo con la reattanza X.

Assumendo che l’antenna del transponder sia senza perdite, possiamo scrivere che la potenza retrodiffusa è pari a [2]

2 2 2 4 4 _{R jX R} R A r P P A A e EIRP BS + = π (11) Possiamo assumere che l’impedenza vista dall’antenna sia reale (X >> R), e che è modulata dal segnale dati tra i valori R₁ e R₂.

Per avere lo stesso disadattamento in ambedue i casi, è sufficiente scegliere

1 2 2 R _R R = A mod 2 1 R // R R =

. In tali condizioni, è trasferita in entrambi i casi dall’antenna al

carico. Assumendo > , per modulare la resistenza vista dall’antenna, è possibile utilizzare un interruttore pilotato dal segnale dati, connesso alla resistenza di modulazione , in parallelo alla , tale che risulti

. 1 R R₂

mod

R R₂

Quando è connessa la , l’antenna vede una resistenza , e tutta la potenza trasferita al carico, è impiegata come energia di alimentazione del tag. Quando la resistenza è connessa, l’antenna vede la resistenza ,

mod R R₂ 2 IN P mod R R₁

e soltanto una frazione della potenza può essere usata come energia di alimentazione del transponder, mentre il resto è dissipata sulla .

1 IN P mod R 1 2 R 1 R

Di conseguenza, la potenza trasferita dall’antenna del tag al carico, rimane costante in entrambi i casi, anche se le potenze in gioco sono diverse, e date dalle [2]

(

)

(

)

AV = _π = potenza disponibile in antenna, [2]. (14)

E’ possibile dimostrare, che tranne il caso in cui ho assenza di modulazione, , il tag non può essere alimentato a potenza costante, in quanto l’equazione non ha soluzioni.

2 1 R R = 2 1 IN IN P P =

Quindi usando la condizione _R2 = RA , le potenze riflesse verso il reader,

nel caso l’impedenza vista dall’antenna del tag sia e , risultano rispettivamente [2] 2 R

(

)

PSK Backscatter modulation

In questo caso dobbiamo avere R=R_A, così che il transponder sia chiuso in condizione di adattamento, mentre X è modulata con il segnale dati/informazioni da trasmettere.

La fase ϑ del segnale retrodiffuso, è proporzionale alla tensione V che cade sulla resistenza di irradiazione , come [2]

BS A R       + − = ∠ = 2 2 ₂ tan X R X R a V A A BS ϑ (17)

Se X è modulata in modo simmetrico rispetto a 0, allora anche la fase è simmetrica rispetto allo 0, e ciò implica che la potenza riflessa dall’antenna e la potenza , trasferita dal tag, rimangono costanti durante la modulazione, e sono rispettivamente [2]

BS P IN P

(

)

In questo caso, in ricezione (reader), è necessaria la presenza di un ricevitore coerente.

Andiamo adesso a fare una panoramica dei vari chip in commercio, utilizzati nella realizzazione di transponder passivi in banda UHF e Microwave.

Prodotti commerciali

1. EM MICROELECTRONIC - MARIN SA EM4222 [3]

Descrizione generale: l’EM4222 è usato per applicazioni in transponder passivi UHF a sola lettura.

E’ alimentato attraverso il campo RF trasmessogli dal reader. Il lettore trasmette al chip un codice, il cui compito è quello di variare l’energia che il tag deve ritrasmettere al reader.

Implementa un veloce e robusto protocollo anti-collisione. Il chip, risulta indipendente dalla frequenza, così che può essere usato anche per applicazioni ad accoppiamento RF. Il range di lettura varia da 2 m a 20 m, e in base alla configurazione del sistema, possono essere interrogati 120 tag al secondo.

Caratteristiche:

o Codice/numero ID di 64 bit programmato dal produttore.

o Alto data rate: > 356 kbit/s.

o Indipendente dalla frequenza: tipicamente utilizzato a 869 MHz, 902 – 928 MHz, 2.45 GHz.

o On-chip oscillator. o On-chip rectifier.

o Low voltage operation: sotto 1.0 V. o Low power consumption.

o Campo operativo di temperature: da –40 °C a +85 °C. o Standard Proprietario

Tipiche applicazioni:

Ideale per applicazioni dove è richiesto alta velocità e grande distanza di identificazione.

o Supply chain management o Tracking and tracing o Access control o Asset control o Licensing o Auto-tolling o Animal tagging o Sports event timing

Tipica configurazione operativa:

I transponder UHF possono essere implementati usando il chip EM4222 e un’antenna. A M 1 2 EM4222

Figura 7: Configurazione operativa del chip EM4222

2. EM MICROELCTRONIC – MARIN SA EM4223 [4]

Descrizione generale: l’EM4223 è usato per applicazioni in transponder passivi UHF a sola lettura.

Il chip è alimentato dall’energia RF trasmessagli dal lettore, la quale in parte verrà riflessa verso di esso. Trasmette indietro al reader il codice identificativo programmato in fase di

produzione, variando la quantità di energia riflessa dall’antenna del tag.

La comunicazione avviene in accordo con lo standard ISO18000-6 type A.

Il chip incorpora il protocollo Fast Counting SupertagTM , per applicazioni dove è richiesto il conteggio di un alto numero di tag.

Il chip può essere usato nel range di frequenza da 800 MHz a 2.5 GHz, per applicazioni RF.

Caratteristiche:

o Air interface ISO18000-6 type A cpmpliant.

o Supporta le strutture dati EAN UCC e EPCTM come definite dal centro Auto-ID.

o Supporta il Fast Counting SupertagTM mode. o Fast reading of user data during arbitration.

o Specific command set for supply chain logistic support. o Indipendente dalla frequenza: tipicamente usa 862 –870

MHz, 902 – 950 MHz, 2.45 GHz. o Low voltage operation: sotto 1.0 V. o Low power consumption.

o Campo operativo di temperature: da –40 °C a +85 °C.

Tipiche applicazioni:

o Supply chain management o Tracking and tracing o Assent control o Licensing o Auto-tolling

Pregi:

o Opera in gran parte del mondo in accordo con local

radio regulation.

o Ideale per applicazioni dove è richiesta un ampio raggio di identificazione e velocità.

3. EM MICROELECTRONIC – MARIN SA EM4444 [5]

Descrizione generale: l’EM4444 è usato per applicazioni in transponder passivi UHF lettura/scrittura.

E’ alimentato dal campo RF trasmesso dal reader, il quale viene ricevuto e in parte riflesso.

Viene trasmesso indietro un codice ID pre-programmato o altri dati, variando l’energia riflessa verso il lettore.

Implementa un protocollo veloce e robusto anti-collisione accondiscendente con EM Microelectronic UHF read-only e read/write tags.

I dati sono scritti nel tag in blocchi di 64 bit, dopodiché è stato rivelato.

Il codice ID da solo, oppure insieme a una o più pagine della memoria EEPROM, è trasmesso continuamente nel modo Tag-Talk-Only (TTO). Alternativamente, i dati possono essere letti dal tag come blocchi di 64 bit, dopodiché il chip è stato rivelato.

Il numero di ID dei tags, che possono essere letti, è pari a 120 tags al secondo.

Il chip è compatibile con EM4222/EM4122 read-only chips and readers. Può essere utilizzato in un insieme di tags RFID read-only e read/write.

Campo di applicazione:

o Supply chain management o Tracking and tracing o Smart labelling o Airline baggage

Caratteristiche generali:

o Compatibile con UHF read-only e read/write tags (EM4222, EM4442, EM4122).

o Codice/numero ID di 64 bit programmato dal produttore.

o Memoria di 7 pagine programmabili dall’utente, di 64 bit ciascuna.

o I dati di pagina e il codice ID, sono trasmessi con il TTO mode.

o Data rate elevato: sopra 256 kbit/s.

o Indipendente dalla frequenza: tipicamente usato a 315 MHz, 433 MHz, 869 MHz, 902 –928 MHz e 2.45 GHz. o On-chip oscillator.

o Low voltage operation: sotto 1.3 V.

o Campo operativo di temperature: da –40 °C a +85 °C.

Tipiche applicazioni:

Ideale per applicazioni dove è necessario un ampio range di identificazione e una elevata velocità.

o Supply chain management o Tracking and tracing o Smart label

4. Philips UCODE EPC G2 – UHF RFID Smart Label IC [6]

Descrizione generale: l’UCODE EPC G2 IC è un chip dedicato per tags passivi, intelligenti e etichette (labels), che supportano lo standard EPCglobal class 1 gen2.

E’ particolarmente impiegato per gestione di catene di prodotti, magazzino, e applicazioni logistiche, dove è richiesta una distanza di operatività di molti metri, e protocolli anti-collisione di alta efficienza.

Questo chip è il primo UHF EPC prodotto dalla Philips.

È progettato specificatamente per applicazioni a lungo raggio, e l’intera famiglia degli UCODE, offrono protocolli anti-collisione. Questo permette al reader di poter operare simultaneamente con più tags/labels, utilizzando solo il campo generato dalla sua antenna.

Un tag/label basato sull’UCODE EPC G2, non richiede alimentazione esterna. È l’nterfaccia contactless che genera la potenza necessaria attraverso un circuito connesso all’antenna, che sfrutta l’energia proveniente dall’interrogatore.

Il sistema di clock è invece realizzato on-board.

I dati trasmessi dal reader, sono demodulati dall’interfaccia del tag, che ha anche il compito di modulare i dati da trasmettere al lettore.

Quando un tag/label, entra nella regione di interrogazione del reader, è possibile la comunicazione dei dati in modo bidirezionale.

Caratteristiche generali:

o Interfaccia completamente compatibile con lo standard UHF EPC G2.

3.3 m a f = 869.4-869.65 MHz (Europa 0.5 W ERP)

6.6 m a f = 865.6-867.6 MHz (Europa 2 W ERP)

7.0 m a f = 902-928 MHz (America 4 W EIRP) o Utilizzato per sistemi UHF RFID, permettendo a un tag

di essere usato in gran parte del mondo. o Data rate veloce:

Forward link: 40 – 160 kbits/s Return link: 40 – 640 kbits/s

o Possibilità di gestire 600 tag/second in Europa, 1600 tag/second in US.

o Memoria on-chip di 512 bits: 96 bits EPC

32 bits Tag Identifier

128 bits programmable user memory 32 bits access password

32 bits kill password

o E’ impiegato sulle stesse infrastrutture hardware dell’ UCODE HSL, e UCODE EPC 1.19.

Pregi e vantaggi:

o I tags/labels e i reader, possono utilizzare varie alimentazioni.

o È il primo prodotto UHF EPC che opera in larga parte del mondo.

o Protocollo anti-collisione molto avanzato, e buona velocità di identificazione.

o È una tecnologia RFID robusta.

o Comunicazione UHF sicura; il reader non trasmette i dati EPC.

Tipiche applicazioni:

o Supply Chain Management o Asset Management

o Container Identification o Pallet & Case Tracking

5. Philips SL3ICS30 01 UCODE HSL [7]

Descrizione generale: l’UCODE HSL IC è un chip dedicato ai tags passive intelligenti, e per etichette, in particolare per applicazioni di gestione e di logistica in US, dove è richiesta una distanza di operatività molto ampia.

Questa tecnologia trova impiego anche in Europa, sotto alle regolamentazioni previste dagli standard presenti

Il circuito integrato è il primo elemento di una famiglia di prodotti di smart label ICs, caratterizzati dall’essere in accordo con il futuro standard ISO18000-4 e 18000-6.

Il sistema UCODE offre la possibilità a molte etichette (labels) di lavorare contemporaneamente nel campo dell’antenna del lettore.

L’UCODE HSL chip, è stato progettato per applicazioni di identificazione a grande distanza.

Il tag non richiede un’alimentazione interna, ma la sua interfaccia sfrutta l’energia del campo trasmessa dall’antenna del reader.

Il sistema di clock è realizzato all’interno del chip.

L’interfaccia contactless demodula i dati trasmessi dall’interrogatore al tag basato sul chip UCODE HSL, e modula il campo elettromagnetico fornito dal reader, per la trasmissione dei dati dal tag al reader.

Frequenza di lavoro, Potenza permessa, Distanza di lettura: la tipica massima distanza di interrogazione dipende dalle regole locali e dalla banda di frequenza utilizzata per la trasmissione. FREQUENCY RANGE REGION AVAILABLE POWER CALCULATED READ DISTANCE SINGLE ANTENNA 869.4 – 869.65 MHZ Europe 0.5 W ERP 4.0 m 865.5 – 867.6 MHz Europe 2 W ERP 8.0 m 902 – 928 MHz America 4 W EIRP 8.4 m 860 – 960 MHz Others - - 2.400 – 2.4835 GHz Europe 0.5 W EIRP outdoor 0.6 m 2.400 – 2.4835 GHz

Europe 4 W EIRP indoor 1.8 m

2.400 – 2. 4835 GHz America 4 W EIRP 1.8 m 2.400 – 2.4835 GHz Others - -

Tabella 1: Operating distances for UCODE HSL based tags and labels in released frequency bands [7]

Interfaccia RF:

o Sfrutta l’energia irradiata dal reader per la trasmissione dati ed energia di alimentazione .

o La distanza di operatività dipende dalla geometria .dell’antenna, per una antenna singola è sopra gli 8.4 m. o La frequenza di lavoro è di 860 – 960 MHz e 2.4 – 2.5

GHz.

o Alta integrità dei dati: CRC 16 bit, framing.

o La distanza di scrittura è pari al 70% di quella di lettura.

Schema a blocchi:

Figura 8: Schema a blocchi Tag IC UCODE HSL

Memoria: o 2048 bits.

o 64 bits UID in memory bytes 0 to 7.

o 216 byte con condizioni di accesso definibili dall’utente, per memoria da 8 a 223 bytes.

o Permanenza dati di 10 anni. o 100 kcicli di scrittura possibili.

Sicurezza:

o Unico numero seriale per dispositivo o Protezione in scrittura per ogni byte

6. ATMEL 1-kbit UHF R/W IDIC with Anti-collision Function ATA5590 TAGIDUTM [8]

Descrizione generale: ATA5590 è un wireless data carrier. Il chip è alimentato dal campo RF trasmesso dal RFID reader. La frequenza della portante è tipicamente nella banda UHF (860 MHz – 960 MHz).

Le funzionalità del chip sono controllate dal reader.

Il circuito trasferisce le informazioni verso il lettore usando la tecnica di modulazione della radiazione retrodiffusa (backscatter modulation).

Il transponder è passivo, ed si basa sull’esperienza dell’EU-founded project Palomar (IST1999-10339).

AT5590 è stato creato per applicazioni per sistemi di gestione dati, con strutture nuove, vecchi, private o aperte.

Caratteristiche:

o IC basato sul backscatter, supportando la regolamentazione radio, corrente e futura.

o Supporta tutte le strutture dati definite in ISO/IEC 18000-6, ISO/IEC 15961, ISO/IEC 15963, GTAG, ePC .

o Passive Backscatter-communication-based Data Carrier IC o Potenza minima richiesta per il funzionamento di 12

microWatt.

o Programmazione della memoria in modo Atomico o Globale:

• Dynamic Programming Time Management • Programming Range: 80 % of the Read

Space

o Short, Long, Temporary Commands.

o Modulazione PSK per la backscatter modulation, per ottenere un elevato rapporto segnale rumore.

o Synchronous Return Link, per ottenere un elevato rapporto segnale rumore.

o Velocità di comunicazione da 5 kbit/s a 60 kbit/s, controllato completamente del reader.

o Diversi fattori di velocità in Return e Forward Link. o Due tipologie di procedure anti-collisione:

• Deterministic • Aloha Slotted

o Alta efficienza dei comandi per incrementare la velocità dei protocolli anti-collisione.

Low-power Oscillator and Clock Center

HV Generation HV Measurement Umit Memory Unit and Decoders (EEPROM) Register and CRC Units

Finite State Machines (FSM’s)

Counter Array Random Number

Generator Preselect, ID, ID_s

Status1 Register and Control ESD, Impedance Adaption, and PSK Return Link Modulator Rectifier and POR Generation

RSSI, DSBM and ASK system clock extractor

Modulator control

POR Power Supply

Digital Front End -Header control -Data/EOF Extraction -Return Link Modulation Encoder UHF Transponder IC

Figura 9: Struttura dell' ATA5590 [8]

Struttura: l’ATA5590 contiene i seguenti blocchi o Front End Analogico:

Estrae l’alimentazione per il circuito integrato, dall’energia RF.

Estrae la profondità di modulazione trasmessa dal lettore.

Estrae i segnali di controllo, indicando lo stato della potenza di alimentazione.

o Il Front End analogico, contiene anche le strutture per le protezioni ESD, un oscillatore low-power e uno stadio di modulazione.

o Front End digitale: estrae gli stati dei segnali di comunicazione, estraendo i simboli.

o Blocco di memoria: è implementato da una memoria EEPROM, contenente un generatore HV voltage, per programmarla.

o Unità di registro: contiene i comandi e i parametri trasmessi.

o Macchina a stati finiti: controlla il Front End e il meccanismo di accesso.

o Generatore di numeri casuali: è usato per generare valori per la procedura anti-collisione Aloha slotted e ad albero.

o Tre nodi diversi di permanenza: hanno la capacità di caricare gli stati della routine anti-collisione, per un certo tempo, senza usufruire dell’alimentazione esterna.