有源RFID标签省电机制的研究

一般来说，完整的射频识别（RFID）系统主要由射频标签、射频读写设备及天线和后台计算机系统组成。根据射频标签内部是否有电池供电，可将射频标签分为有源射频标签和无源射频标签。

    无源射频标签内部没有电池供电，依靠读写器发来的电磁波来工作，因此传输距离较近、抗干扰能力较差、存储空间小、功能单一，但是无源射频标签不需要维护，使用简便；有源射频标签内部有电池供电，能够依靠自身的能量发射信号，因此传输距离较远、抗干扰能力较强、存储空间较大，还可以与传感器结合起来，组成功能复杂的传感器射频标签。但是随着标签内部电池电量的消耗，需要定期地更换电池或者充电，这给有源射频标签的使用带来了新的课题，即如何延长有源射频标签内部电池的单次放电寿命。

    传统的有源标签低功耗设计

    传统的有源射频标签主要由3部分构成，分别是甚高频射频电路、单片机系统和电池。单片机系统工作时的电流一般为微安级，甚高频射频电路工作时的电流一般为毫安级。为了降低有源射频标签的平均功耗，有源射频标签中的甚高频电路并不一直工作，而是间隔的。如图２所示。

    一段时间自动“苏醒”，然后监听是否有数据包接收到。如果没有接收到数据包，则进入省电的“睡眠”状态；如果接收到数据包，则进入数据包处理环节，相应接收到的数据包，提取出命令，发送响应的命令回应数据包，当数据包处理结束后进入省电的“睡眠”状态。睡眠状态的标签再间隔一段时间又自动“苏醒”，重复上面的工作，如此周而复始的循环，达到节省电能的目的。

    采用这种省电机制的有源射频标签，电路设计简单，程序稳定，但应用不太灵活。我们把有源射频标签从一次“苏醒”的结束到下次“苏醒”开始的时间间隔叫做“睡眠周期”，将一次“睡眠”的结束到下次“睡眠”开始的时间间隔叫做“苏醒周期”。因此，可以看做这种有源射频标签的状态是处于“睡眠周期”和“苏醒周期”周而复始的循环。“睡眠周期”和“苏醒周期”的长度是标签出厂时，单片机中程序设定好的。

    如果睡眠深度过小，射频标签将频繁地“苏醒”，而大多数的“苏醒”周期并没有接收到数据包，这些“苏醒”过程中使用的能量做了无用功，标签功耗将增大，不利于标签的长寿命设计；如果睡眠深度过大，标签的响应时间以及多标签识别能力将大大折扣，标签不能应用在需要快速响应的场合，例如车辆标签快速经过读写器的场合。因此，传统有源射频标签省电机制设计的关键是，在特定应用场合中应该寻找到一个适当的睡眠深度。

    双频有源标签设计

    如何使有源射频标签在标签使用频度高的时候自动降低睡眠深度，而在使用频度低的时候自动提高睡眠深度，以达到电能消耗绝无浪费呢？为了使射频标签的睡眠深度能够根据使用频度的变化而自动变化，当不需要苏醒时绝不苏醒，当需要苏醒时快速苏醒，需要在传统的有源射频标签的硬件电路上作以改动，加上低频激励电路。与此同时，在双频有源射频识别系统中，引入了另一个射频读写设备—激励器，如图３。