Vantaggi e Svantaggi di Tecnologie RFID Attive e Passive

July 17, 2019 CircuitStudio

Quando sto progettando un nuovo PCB o un prodotto una delle parti più difficili per me è scegliere esattamente quali componenti dovrei utilizzare. Sembra come ogni tecnologia lì fuori abbia una configurazione differente per raggiungere la performance migliore. Anche quando ti stai confrontando con una tecnologia abbastanza semplice come l’identificazione a radio frequenza (RFID), ci sono molti generi da cui scegliere. Mentre ogni tipo di RFID utilizza un lettore attivo, anche conosciuto come interrogatore, i tag per ciascuna disposizione sono differenti. Ci sono tre categorie principali di RFID che puoi utilizzare basati su tipi di tag: passiva, semi-passiva ed attiva.  Ognuno dei sistemi ha i suoi propri punti di forza e debolezza che possono aiutarti a decidere quale sia giusto per la tua applicazione. 

RFID Passiva 

La più semplice delle tre configurazioni RFID  è quella che utilizza un lettore attivo e tag passivi. I tag RFID passivi sono fatti di soli due componenti: un circuito integrato (IC) ed un’antenna. Quando combinati questi a volte sono chiamati un intarsio. In particolare, i tag RFID passivi non includono una fonte di alimentazione costante o una batteria. 

I tag RFID passivi, non necessitano di batteria perchè raccolgono la loro energia dal segnale di interrogazione del lettore. Per leggere i tag in questa disposizione, un lettore ti invierà un segnale forte a tutti i tag nella sua portata di lettura. I tag quindi ricevono quel segnale sulle loro antenne ed utilizzano l’energia da questo per accendere i IC. Dopo che i loro processori hanno completato i loro compiti, i tag usano un accoppiamento induttivo e a retrodiffusione per trasmettere al lettore. Tutte queste caratteristiche significano che usare un sistema passivo ha una varietà di pro e contro. 

Vantaggi

  • Economico - Visto che i tag RFID hanno un minimo di tre componenti (IC, antenna, alloggiamento) possono essere abbastanza economici. 

  • Leggero - Il design minimalista dei tag passivi vuole inoltre dire che non hanno molta massa. 

  • Durata - Altri tag che utilizzano una batteria hanno solo un ciclo di vita di 3-5 anni. Other tags that use a battery may only have a lifetime of 3-5 years. La resistenza dei tag passivi dipende dai materiali di cui sono fatti e dall’ambiente in cui essi operano. Se sono piazzati in un ambiente di lavoro non ostico, potrebbero funzionare fino a 20 anni. 

  • Bassa Rumorosità - Accoppiamento induttivo e radiativo senza un’antenna attiva genera quasi nessun rumore. 

Svantaggi

  • Corto Raggio - L’assenza di un’antenna attiva significa che i tag passivi hanno un raggio estremamente corto. I tag funzionando ad alte o basse frequenze potrebbero avere un minimo range di comunicazione di mezzo metro. Se stai usando una frequenza molto alta potrebbero arrivare fino a 6 metri, ma questo è un raggio ancora relativamente corto. 

  • Stoccaggio Limitato - Anche la maggior parte delle memorie non-volatili richiede alimentazione per evitare che il suo contenuto si degradi. Senza una batteria integrata i tag passivi non possono archiviare molte informazioni. 

  • Richiede un Lettore - I tag passivi richiedono un lettore ad alta potenza anche per accendersi. 

Nessun Sensore - Molti sensori richiedono alimentazione costante per funzionare e possibilmente necessitano di una memoria per archiviare dati. Ciò rende i tag passivi inadatti per molte applicazioni di rilevamento

Wireless tag used for RFID purposes

I tag passivi possono essere sottili quasi come un pezzo di carta.

RFID Semi-Passivi 

Un gradino sopra rispetto ai tag passivi ci sono i tag semi-passivi. In un sistema semi-passivo, i tag avranno una specie di batteria integrata, ma non avranno un trasmettitore attivo. Ciò significa che utilizzano ancora accoppiamento induttivo o radiante per comunicare, lasciandoli con un raggio più corto di un sistema attivo. Quella batteria è in grado di supportare sensori e memoria per consumo di energia.

Vantaggi

  • Medio Raggio - Una delle ragioni primarie per cui i tag passivi hanno un raggio di lettura così corto è perchè hanno bisogno di essere vicini ad un lettore per accendersi. Il raggio di accensione è molto più corto del raggio di comunicazione riflesso. I tag semi-passivi possono usare le loro batterie per accendere i IC, significa che sono limitati dall’alto raggio di comunicazione anzichè da un raggio di potenza più corto. Un sistema semi-passivo può leggere tag a 30 metri o più. 

  • Componenti Attivi - Tag semi-passivi sono capaci di supportare sensori e memoria grazie alla loro batteria integrata. Se hai un’applicazione che necessita di alcuni sensori e memoria, ma non ha bisogno di un raggio estremamente lungo, potresti essere capace di usare RFID semi-passivo. 

  • Spesa Media - I tag semi-passivi sono più costosi dei tag passivi, ma sono certamente meno cari dei tag attivi. 

  • Basso Rumore - Proprio come un sistema passivo, i tag semi-passivi non aggiungono molto rumore all’ambiente. 

Svantaggi

  • Richiede un Lettore - Anche se i tag semi-passivi non si affidano ad un lettore per l’alimentazione, ne hanno bisogno comunque per comunicare. 

  • Durata Limitata - La presenza di una batteria automaticamente limita la durata di un tag. Invece che 20 anni, potresti aspettarti 2-7 anni di funzionamento. In aggiunta, un tag con una batteria necessiterà di un ambiente meno ostico rispetto ad un tag con solo un IC ed un’antenna. 

RFID Attivo 

La forma più complessa di RFID è la RFID attiva. In questo schema, il tag ha una batteria più ampia ed utilizza un trasmettitore attivo anzichè uno passivo. Un trasmettitore attivo necessita di una batteria più grande, che può alimentare anche un processore più veloce ed altri componenti ad alta intensità di energia.

Vantaggi

  • Lungo Raggio - Un trasmettitore attivo può comunicare  su lunghe distanze. I tag attivi possono avere un raggio di lettura di oltre 90 metri, 3 volte superiore dei tag semi-passivi. 

  • Lettori a Bassa Potenza - Visto che i tag attivi utilizzano antenne potenziate non devono affidarsi su un interrogatore ad alto raggio per tutta la forza del loro segnale. 

  • Più Componenti - Quando aggiungi una batteria più grande puoi anche utilizzare un processore più potente, più sensori, più memoria— più componenti in generale. Se il tuo tag necessita di fare diverse cose, un tag attivo potrebbe essere la scelta migliore per te. 

Svantaggi

  • Costoso - Mentre tag passivi potrebbero costare meno di 10 centesimi per unità, i tag attivi possono costare fino a 20€ per tag. 

  • Durata Limitata - I tag RFID attivi sono generalmente progettati così da avere 3-5 anni di vita della batteria. Dopo che la batteria finisce, comunque, dovrai avere un altro tag. 

  • Grande e Pesante - Paragonato ad un tag che è sottile come un foglio di carta, i tag attivi sono grandi e pesanti. Le batterie sono pesanti e prendono spazio. Se hai bisogno che i tuoi tag entrino fra le pagine di un libro, probabilmente i tag attivi non fanno per te. 

  • Rumoroso - Usare un trasmettitore attivo aggiungerà rumore al tuo ambiente. Assicurati di vedere quanto il rumore di un tag attivo influenzerà il tuo sistema.

    Scanner and a warehouse

    Potresti voler usare un sistema attivo se hai bisogno di analizzare un intero deposito.

​Sebbene ci siano molti vantaggi e svantaggi per RFID passivi, semi-passivi ed attivi, queste sono le cose più importanti da ricordare: 

  • I tag passivi non sono in grado di supportare sensori o memorie ed hanno un raggio corto. 

  • I semi-passivi hanno un raggio medio e possono essere comunque poco costosi. 

  • I tag attivi possono fare molte cose ma sono grandi, costosi e pesanti. 

Sapendo ciò puoi scegliere il miglior tipo di RFID da usare nel tuo prossimo progetto.  

Puoi scegliere fra molte varietà quando usi tag RFID, ma quando si parla di design PCB in generale, le scelte possono diventare opprimenti. Ecco perchè è importante utilizzare un buon software per guidarti attraverso il processo. CircuitStudio ha un’ ampia varietà di strumenti  che possono aiutarti a prendere le giuste decisioni di progetto. 

Hai maggiori domande riguardo il design RFID? Chiama un esperto Altium.

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