一文解讀RFID的工作原理

RFID又稱為“射頻認(rèn)證”、“射頻識(shí)別”或“非接觸式IC卡”，它的用途從食堂的飯卡、公交車、地鐵的月票卡、公民身份證到物流管理、車輛通行管理等等，越來(lái)越廣。

RFID目前使用了三個(gè)頻段：135kHz、13.56MHz和869MHz～915MHz。第一、二段為長(zhǎng)波及短波，作用距離很近（被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制）；第三段為UHF,作用距離最遠(yuǎn)，可達(dá)10米。由于它不易仿造，存儲(chǔ)的信息量大，所以在發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步代替條形碼貼在商品上。將來(lái)它還可用來(lái)代替一些電腦配件的安裝卡，貼在電腦配件上。眾所周知，現(xiàn)在買一臺(tái)打印機(jī)或者一塊視頻轉(zhuǎn)接卡，得先在電腦中利用安裝碟或通過(guò)其他途徑安裝驅(qū)動(dòng)程序，這樣電腦才能識(shí)別，打印機(jī)才能動(dòng)作，電視節(jié)目才能收到。將來(lái)新買的電腦配件上如都貼上RFID,就不用安裝碟片或?qū)ふ因?qū)動(dòng)程序，直接插入電腦便能使用。

在我國(guó)RFID技術(shù)剛起步，所以許多人對(duì)它的工作原理還不太清楚，特別是“負(fù)載調(diào)制”部分。用筆者制作的這塊實(shí)驗(yàn)板，可以很清楚地了解它的工作原理。

圖1是RFID的工作原理框圖，從框圖中可知，RFID由兩部分組成。標(biāo)簽（卡）主要由LC諧振回路和無(wú)源電子開(kāi)關(guān)組成。當(dāng)標(biāo)簽（卡）靠近讀卡器的L1時(shí)，由于L2、C2回路起振，此時(shí)射頻振蕩器的能量被吸收，流過(guò)R1的電流減小，兩端壓降也隨之降低；這時(shí)若閉合開(kāi)關(guān)K1,造成短路，使L2、C2回路失諧，射頻振蕩器的能量未被吸收，流過(guò)R1的電流增大，兩端壓降提高。所以只要不停地按動(dòng)K1,則負(fù)載電阻R1兩端便得到一串脈沖調(diào)幅信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)檢波即恢復(fù)出低頻脈沖信號(hào)。

圖2是讀卡器的實(shí)驗(yàn)電路。兩個(gè)與非門組成的晶體振蕩器工作于13.5MHz,其輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門及一只晶體管Q1放大，較強(qiáng)的高頻輸出電流通過(guò)0.1μF電容，流過(guò)L1、C1并聯(lián)諧振電路，然后再流過(guò)負(fù)載電阻R1回到地。負(fù)載電阻R1兩端得到等幅的振蕩信號(hào)，若該信號(hào)有外界的負(fù)載調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生脈沖調(diào)幅信號(hào)，再經(jīng)鍺二極管檢波即恢復(fù)出低頻脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)0.47μF電容耦合到LM386加以放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

標(biāo)簽（卡）的實(shí)際電路見(jiàn)圖3所示，與框圖一樣，L2、C2為吸收能量的并聯(lián)諧振回路。但是開(kāi)關(guān)K1換成了晶體管Q2的c-e,因此變成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，只需從b腳輸入一個(gè)微弱的脈沖信號(hào)即可。脈沖信號(hào)本來(lái)可以用555等IC來(lái)產(chǎn)生，但是沒(méi)有音樂(lè)片好，因?yàn)樗ぷ麟妷旱?，又省電，聲音也不單調(diào)，輸出的是脈沖調(diào)寬方波。音樂(lè)片的供電是從L2、C2諧振回路上取一點(diǎn)能量，經(jīng)鍺二極管整流而得，存儲(chǔ)在100μF電容中便夠用了，達(dá)到3V即可工作，若超過(guò)6V,會(huì)燒壞音樂(lè)片，所以最好在100μF電容兩端并一只穩(wěn)壓管來(lái)保護(hù)。

L1（3匝）和L2（5匝）都用約φ0.5mm的單心塑料銅心線繞制。在一塊廢的電話充值卡上打上幾枚空心鉚釘就可把“卡”的電路焊裝上去，其外觀也才像IC卡。收、發(fā)兩個(gè)諧振回路都應(yīng)諧振于13.5MHz,特別是“卡”，調(diào)整方法是把“卡”置于L1上面（即L2與L1重合在一塊）,再帶電調(diào)節(jié)C2,使R2兩端直流電壓為最大即可，當(dāng)然此時(shí)揚(yáng)聲器也最響。C2調(diào)好后用漆封住，該“卡”便能“投入使用”了。實(shí)踐證明C1的調(diào)節(jié)作用不大，可留到以后慢慢調(diào)。

上面兩個(gè)電路只能用來(lái)實(shí)驗(yàn)RFID最基本的工作原理，真正的RFID要復(fù)雜得多,此處的音樂(lè)片要換成單片機(jī),揚(yáng)聲器要換成電腦。