一、RFID与XPM-RFID概念及特点
RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即无线射频识别。
RFID技术是一种非接触式自动识别技术,它是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。它能对几厘米到几十米范围内的物体进行识别,而且可以批量读取、可以识别各种运动状态下的物品、设备、车辆和人员等,从而成为了自动识别领域一颗耀眼的新星,是继互联网之后带来的又一次新的技术革命。
XPM,即Super Permanent Memory(超级永久性存储器)。是一种新型不挥发存储器(NVM, Non-Volatile Memory)技术。它采用100%的深亚微米标准CMOS工艺,与制造逻辑电路(CPU,DSP等)相同,不需增加浮置栅工艺。
XPM-RFID芯片示意框图
天线端子
XPM-RFID则是采用将XPM专利技术,应用于RFID芯片中,用XPM存储器替代传统的EEPROM作为ID码存储器件,从而使XPM存储器的优势得到集中的体现。可广泛应用于证件防伪,票务管理,出入控制,电子支付,生产制造,单品识别,物流和供应链管理等领域,具有成本低,工艺兼容性高,保密性高,物理不可擦除等特点。
注:来源于《A Novel Embedded OTP NVM Using Standard Foundry CMOS Logic Technology>>,
Jack Zezhong Peng, ect. NVSMW 2006, Monetary, CA, USA
二、XPM-RFID的工作原理
(一)XPM-RFID系统的组成
最基本的XPM-RFID系统基本上由三部分组成:电子标签、阅读器和天线(Antenna)。
电子标签是射频识别系统的核心,又称为射频标签,其英文名为TAG,也有称为LABEL的。电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下,射频标签由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;当受无线电射频信号照射时,能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号,供阅读器处理识别。依据射频标签供电方式的不同,可以分为有源(Active Tag)和无源(Passive Tag),有源标签内装有电池,无源标签内部没有电池。
阅读器是读或读/写电子标签的电子装置,有时也被称为读写器(Reading Device)、查询器(Interrogator)、通讯器或称为读出装置,用以产生发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回的无线电射频信号,经处理后获取标签数据信息,有时还可以写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式。在标签和阅读器间传递射频信号,读写器的天线可以内置也可以外置。
(二)XPM-RFID的工作原理
读写器是信号产生、发射、接收的设备。它产生的射频信号,经功率放大器放大,通过天线发射出去,同时接收由标签反射回来的信号,经射频接收器进行收发分离,然后进行检波、解调、通过前置放大器放大,送至读出计算机进行处理。电子标签将内存数据反射调制微波载波信号。当载有标签的物体经过通信器时,标签接收到天线发出的微波,对微波信号进行反射调制,通信器接收到标签调制后的信息,还原标签中的“物体信息”,从而达到识别物体的目的。
阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量,发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。读写器向标签发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V时,此电容可做为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
(三)XPM-RFID的工作频段
对射频识别系统来说,最主要的频率是0~135kHz,以及ISM频率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz 、869.0MHz、915.0MHz(在欧洲不使用)、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz。典型的射频标签(射频识别系统)工作频率如图所示。
三、XPM-RFID与传统技术RFID和条码的优势比较
图书馆的日常服务中,通常涉及到人流、物流的管理,需要进行大量的读者和书刊的识别、访问控制、统计等工作,在自动化系统普及的今天,图书馆基本上都采用了条形码技术作为识别方法来实现这些功能。然而,条形码虽然有价格便宜、制作方便等优点,但是也存在一些先天的难以克服的缺点,如因为容易磨损,必须贴在书内,给使用带来不便等,并不完全适合图书馆。而RFID 一方面完全具备条形码的功能,另一方面则有着许多条形码无法实现的新功能,开发、利用这些新功能将给图书馆的传统服务工作带来革命性的改变。
而采用RFID技术进行图书馆业务的自动化,就必须要求RFID标签对数据保存的期限、成本的承受能力、数据的安全性等方面都有着极高的要求,而按照目前最通用的基于EEPROM技术的RFID标签,则存在着数据保存时较短、安全性不高、成本较高、数据容易丢失等缺陷。
所以,在各种RFID技术中,采用XPM技术是最适合用于RFID图书馆管理系统中的。这不仅有效地解决了数据保存时期和安全性,也相对降低了RFID图书馆管理系统的运行和实施成本,同时也为RFID在图书馆行业的广泛应用提供了充分条件。
从上述RFID 的特点可以看出,采用XPM技术的RFID系统与其他RFID技术和条形码相比具有更多优越性( 可参见表1和表2) 。
功能 |
条形码 |
XPM-RFID |
读取方便性 |
读取时需要可看见与清楚 |
可以很薄且隐藏在包装内仍然可读取资料 |
读取数量 |
读取时只能一次一个 |
可同时读写多个RFID标签 |
读写能力 |
资料不可更新 |
电子标签可以反复被读写 |
资料容量 |
储存资料的容量 |
储存资料的容量大 |
远距离读写 |
需要光线等辅助手段 |
不需光线就可以读写 |
高速读写 |
移动中读取有所限制 |
可以进行高速移动读写 |
资料准确性 |
需要靠人工读写,所以有人为疏失的可能性 |
传送资料靠内置芯片稳定可靠 |
标签坚固性 |
当有污渍或损坏将无法读写,即无耐久性 |
在残酷、恶劣与肮脏的环境下仍然可读写 |
表1 XPM-RFID与条码功能比较
注:来源于《河南图书馆学刊》,杨向明,2006年12月,中国河南郑州
Unique ID的性能需求 |
Mask Rom |
EPROM |
EEPROM |
XPM |
每张卡的UID保证不相同 |
- |
OK |
OK |
OK |
禁止修改 |
OK |
OK |
- |
OK |
数据保密(抗侦破) |
低 |
中 |
中 |
高 |
数据保持能力 |
高 |
中 |
中 |
高 |
嵌入能力(标准CMOS兼容) |
- |
- |
低 |
高 |
价格 |
大批量时低 |
中 |
高 |
低 |
表2 XPM-RFID与其他RFID技术的比较