Como funciona

Componentes do RFID

Um sistema de RFID é basicamente composto por dois componentes:

Transponder (tag) - que se situa no objeto a ser identificado,

Leitor - que, dependendo da tecnologia usada, pode ser um dispositivo de captura de dados ou de captura/transmissão de dados

modelo básico de funcionamento de um sistema de RFID

Leitor

O leitor ou antena, utilizando um sinal de rádio, é o meio que ativa o Tag para trocar/enviar informações. As antenas são fabricadas em diversos formatos e tamanhos com configurações e características diferentes, cada uma para um tipo de aplicação. Existem soluções onde a antena, o transceiver e o decodificador estão no mesmo aparelho, recebendo o nome de "leitor completo”. Além disso, muitos leitores são feitos com uma interface adicional que permite a ele enviar os dados recebidos a um outro sistema (PC, sistema de controle de um robô, etc).

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Tipos de leitores

Em termos de função não há diferença de um leitor de código de barras e de conexão ao restante do sistema. Porém, o leitor opera pela emissão de um campo eletromagnético (radiofreqüência), que é a fonte que alimenta o Transponder, que por sua vez, responde ao leitor com o conteúdo de sua memória. Ao contrário de um leitor laser, por exemplo, para código de barras, o leitor não precisa de campo visual para realizar a leitura do Tag, podendo ler através de diversos materiais como plásticos, madeira, vidro, papel, cimento, etc.

Quando o Tag passa pela área de cobertura da antena, o campo magnético é detectado pelo leitor. O leitor então decodifica os dados que estão codificados no Tag, passando-os para um computador realizar o processamento. Este tipo de configuração é utilizado, por exemplo, em aplicações portáteis.

Transponder

O transponder representa o dispositivo que carrega os dados reais de um sistema de RFID. Consiste normalmente de uma antena e um microchip eletrônico. Quando o transponder, que não possui geralmente sua própria fonte de energia (bateria), não está dentro da freqüência de resposta de um leitor, é considerado totalmente passivo. O transponder é ativado somente quando está na mesma freqüência de um leitor. A energia requerida para ativar o transponder é fornecida a ele através da antena, que também transmite o pulso e os dados.Os Transponders (ou RF Tag) estão disponíveis em diversos formatos (pastilhas, argolas, cartões, etc), tamanhos e materiais utilizados para o seu encapsulamento que podem ser o plástico, vidro, epóxi, etc. O tipo de Tag também é definido conforme a aplicação, ambiente de uso e performance.

Existem duas categorias de RF Tag

Ativos – São alimentados por uma bateria interna e tipicamente permitem processos de escrita e leitura.

Passivos – Operam sem bateria, sendo que sua alimentação é fornecida pelo próprio leitor através das ondas eletromagnéticas.

O custo dos RF Tag ativos são maiores que o RF Tag passivos, além de possuírem uma vida útil limitada de no máximo 10 anos (os passivos têm, teoricamente, uma vida útil ilimitada). Os Tags passivos geralmente são do tipo só leitura (read-only), usados para curtas distâncias.

A capacidade de armazenamento também varia conforme o tipo de microchip. Por exemplo, em sistemas passivos, as capacidades podem variar entre 64 bits e 8 k

Modelo de microchip RFID

RF Tags ativos RF Tag passivo

Principio de funcionamento

Há uma variedade enorme de princípios diferentes para operar sistemas de RFID. O retrato abaixo fornece um pequeno exame de princípios da operação

Os princípios mais importantes são o acoplamento indutivo e o acoplamento backscatter, que serão abordados mais detalhadamente abaixo.

Acoplamento indutivo

Um transponder indutivo é composto de um microchip e uma bobina, que funciona como uma antena. Os transponders operados por meio indutivo são quase sempre passivos. Para a transmissão de energia, a bobina da antena do leitor gera um campo eletromagnético forte, de alta freqüência, que penetra a seção transversal tanto da bobina como da área a sua volta. Uma vez que a escala de freqüência da onda que se usa é várias vezes maior do que a distância entre a antena do leitor e o transponder, o campo eletromagnético pode ser tratado como um campo magnético em alternância.

Uma parte pequena do campo emissor interage com a bobina da antena do transponder, que está a uma determinada distância da bobina do leitor. Pela indução magnética, uma tensão é gerada na bobina da antena do transponder. Esta tensão é retificada e serve como a fonte de alimentação para o microchip. Um capacitor é conectado paralelamente à bobina da antena do leitor. A capacitância é selecionada de forma a combinar com a indutância da bobina da antena para dar forma a um circuito ressonante paralelo, ou seja, para se obter uma freqüência ressonante que corresponda com a freqüência da transmissão do leitor. Correntes muito elevadas são geradas pela bobina da antena do leitor pelo amplificador de ressonância no circuito ressonante paralelo, que pode ser usado para gerar a energia requerida do campo para a operação do transponder remoto. A bobina da antena do transponder e o seu capacitor em paralelo dão forma a um circuito ressonante ajustado à freqüência da transmissão do leitor. A tensão na bobina do transponder alcança um valor máximo devido ao amplificador de ressonância no circuito ressonante paralelo.

princípio de acoplamento do sistema indutivo

Como descrito acima, o sistema indutivo é baseado em um transformador do tipo acoplamento entre a bobina preliminar no leitor e a bobina secundária no transponder. Porém isto só é verdade quando a distância entre as bobinas não excede 0.16 do comprimento de onda, de modo que o transponder esteja situado nas proximidades da antena do transmissor. Se um transponder ressonante for colocado no do campo magnético alternado da antena do leitor, este extrai a energia do campo magnético. Este consumo de potência adicional pode ser medido como a queda de tensão na resistência interna nas antenas do leitor através da corrente da fonte à antena do leitor. Conseqüentemente, a alternância da resistência na antena do transponder efetua mudanças na tensão na antena do leitor e tem assim o efeito de uma modulação de amplitude de tensão da antena feito pelo transponder. Se a alternância do resistor for controlada por dados, então estes dados podem ser transferidos do transponder ao leitor. Este tipo de transferência de dados é chamado de modulação de carga. Para recuperar os dados no leitor, a tensão medida na antena do leitor é retificada. Isto é chamado “demodulação”(do inglês demodulation) de um sinal modulado por amplitude.

Acoplamento backscatter

Pela tecnologia de radares nós sabemos que as ondas eletromagnéticas são refletidas por objetos com dimensões superiores à metade do seu comprimento de onda. A eficiência com que um objeto reflete ondas eletromagnéticas é descrita pela sua seção transversal de reflexão

Princípio de funcionamento do acoplamento backscatter

A energia P1 é emitida pela antena do leitor, mas somente uma pequena parte desta energia alcança a antena do transponder . A energia P1' (P1'< P1) é fornecida às conexões da antena como a tensão e após a retificação feita pelos diodos D1 e D2, esta pode ser usada como voltagem inicial tanto para a desativação como para a ativação do modo econômico de energia. Os diodos usados são os diodos de barreira fraca de Schottky, que têm uma tensão particularmente baixa no ponto inicial. A tensão obtida pode também ser suficiente para servir como uma fonte de alimentação para distâncias curtas. Uma parte da energia entrante P1 ' é refletida pela antena e retornada como o sinal P2. As características da reflexão da antena podem ser influenciadas alterando a carga conectada à antena.

A fim transmitir dados do transponder ao leitor, um resistor RL é ligado conectado em paralelo com a antena, trabalhando de modo alternado em sincronia com a transmissão dos dados. A amplitude de P2 refletida do transponder pode assim ser modulada. O sinal P2 refletido pelo transponder é irradiado no espaço livre. Uma parte pequena deste é captado pela antena do leitor. O sinal refletido viaja através da conexão da antena do leitor no sentido contrário, e pode ser desacoplado usando um acoplador direcional para depois ser transferido ao receptor de um leitor. Em média, o sinal do transmissor é aproximadamente dez vezes mais forte do que o recebido de um transponder passivo.

Faixas de Freqüência

Uma vez que os sistemas de RFID geram irradiam ondas eletromagnéticas, são classificadas como sistemas de rádio. A função de outros serviços de rádio deve sob nenhuma circunstância ser prejudicada ou danificada pela operação de sistemas de RFID. É particularmente importante assegurar-se que os sistemas de RFID não interfiram em serviços de rádio móveis (polícias, serviços de segurança, indústria), serviços de rádio marinhos e aeronáuticos e telefones móveis.

A necessidade de se fazer valer este cuidado acaba por restringir significativamente a escala de freqüência apropriadas e disponíveis para o funcionamento de um sistema de RFID. Por esta razão, geralmente só é possível usar as escalas de freqüência que foram reservadas especificamente para aplicações industriais, científicas ou médicas ou para dispositivos curtos em escala. Estas são as freqüências classificadas mundialmente como de escalas de freqüência de ISM (Industrial-Cientific-Medical), e podem também ser usadas para aplicações de RFID.

Faixa de freqüência que operam:

Sistemas de Baixa Freqüência (30KHz a 500KHz) – Para curta distância de leitura e de baixo custo operacional. Normalmente utilizados para controles de acesso, rastreabilidade e identificação;

Sistemas de Alta Freqüência (850MHz a 950MHz e 2,4GHz a 2,5GHz) – Para leitura em médias e longas distâncias e leituras a alta velocidade. Normalmente utilizados para leitura de Tags em veículos e coleta automática de dados.

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