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RAIN RFID晶片自動調適阻抗功能: Impinj AutoTune & NXP Self Adjust

阻抗匹配

RFID天線與RFID晶片阻抗保持良好的匹配一直是UHF RFID標籤設計基礎,對天線設計人員而言,不同RFID晶片品牌和型號似乎都有其獨特的阻抗,這讓人感到很沮喪,因為這代表同款天線設計並無法直接套用到不同的RFID晶片上。另一方面,從晶片設計者的角度來看,RFID標籤天線永遠不會在自由空間中運行,標籤總是要附著或貼附在各種不同材料上,這也讓人感到很頭疼,因此晶片設計者必需考量到這個因素,調適晶片的阻抗以確保UHF RFID標籤在運行時得到最佳的性能。


眾所周知,阻抗調整並不一定都得永久固定不變,而是可以主動(actively)進行重新調整,在許多無線通信應用中都可看到類似案例。大約十年前,這項技術也被導入到UHF RFID中,最早跨入這領域的RFID公司是RFMicron,其Magnus®系列晶片中擁有所謂 "Chameleon技術”。這晶片裡有一個5-bit的寄存器 (register),提供32種不同的連續的狀態,且寄存器的值是可以被讀取的,此外,最大寄存器的值並不代表晶片運行最佳狀態,而是表示晶片阻抗被調諧(tuned)了多少,這個技術最後演變成執行RFID傳感器(sensoring)的巧妙方法,現在新版晶片則有9-bit寄存器分辨率。


如今,一些主流RAIN RFID晶片供應商利用 self-adapting front-ends 技術來提升標籤性能,利用此功能的著名公司有Impinj和NXP。在本文,我們將探討 self-adapting front-ends 如何改變標籤性能。


啟動/關閉 Self-Adapting 功能

首先,讓我們看一下Monza®R6B晶片,從晶片datasheet中的記憶體圖表,可以清楚地看出保留區(reserved memory)中有3個位元可以讀取當前阻抗調諧狀態 (tuning state),此外,有1個位元可以啟動或關閉 AutoTune (self-adapting)功能。


Part of the Monza® R6B datasheet

我們可以使用Tagformance Pro來啟動或關閉 AutoTune (self-adapting)功能以進行相關測試,但須留意使用正確的寫入參數 (Write parameters) 以執行寫入動作。在保留區 (Reserved) WordPtr (hex)須輸入0004,然後在 Data (hex)輸入0000啟動或0001關閉 AutoTune (self-adapting)功能,透過Tagformance MEMORY MANAGEMENT軟體功能,使用者可以驗證該AutoTune功能是否已啟動或關閉。


Write parameters for turning the adaptive tuning off. The memory map of the Monza® R6B reserved memory showing the change (in red) where the disable bit was activated. Read parameters to point to the three tuning bits to read back the current tuning state.

下圖是啟動和關閉 AutoTune量測曲線圖,當該功能啟動時(藍色曲線),待測標籤的讀取性能確實有稍微提升,使用者也可以使用READ指令搭配正確讀取參數(Read parameters),這樣就可以從下拉菜單中選擇 "Response data”,以查看晶片對READ指令的反應,我們可以看到從880MHz到900MHz這20MHz範圍內(藍色曲線),Response data從4變為0。


Sweeping a tag using a READ command while monitoring the tuning state.

UCODE 8

恩智浦的UCODE 8系列運作方式和Monza R6非常相似,使用者只要正確下達讀取參數就可以從晶片記憶體中讀取阻抗調諧狀態 (tuning state),但要關閉 UCODE 8 Self Adjust (self-adapting)功能的程序較繁瑣些,使用者須有access password才能進行修改。由於UCODE 8 阻抗調整位元較少,因此有時我們可以從調諧曲線 (tuning curve) 中看到阻抗變化的頻點位置,如下圖。


A close-up of a threshold sweep of a UCODE® 8 based label revealing the discrete tuning steps.

結論

自動調適阻抗的 RFID IC 已在市場上流通,雖然這個功能對標籤性能的提升目前看起來還不是很顯著,但總比放著不用好。對於UHF RFID天線設計工程師和標籤生產者而言,如能將自動調適阻抗 (self-adapting)功能關閉,這對天線開發及天線性能驗證應該會有幫助。另外,觀察 "Response data”數據變化也可用來驗證自動調適阻抗設計是否正常運行。


若有其他疑問,歡迎聯繫本公司:



Source: Adaptive Front-Ends Are Here to Stay Author: Dr. Jesse Tuominen

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