Tipos de etiquetas RFID
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Las etiquetas RFID pueden ser activas, semipasivas (también conocidos como semiactivos o asistidos por batería) o pasivos. Las etiquetas pasivas no requieren ninguna fuente de alimentación interna y son dispositivos puramente pasivos (solo se activan cuando un lector se encuentra cerca para suministrarles la energía necesaria). Los otros dos tipos necesitan alimentación, típicamente una pila "Pila (electricidad)") pequeña.
La gran mayoría de las etiquetas RFID son pasivas, que son mucho más baratas de fabricar y no necesitan batería. En 2004, estas etiquetas tenían un precio desde 0.40 $, en grandes pedidos, para etiquetas inteligentes, según el formato, y de 0.95 $ para etiquetas rígidas usados frecuentemente en el sector textil encapsulados en PP o epoxi. El mercado de RFID universal de productos individuales será comercialmente viable con volúmenes muy grandes de 10 000 millones de unidades al año, llevando el coste de producción a menos de 0.05 $ según un fabricante. La demanda actual de chips de circuitos integrados con RFID no está cerca de soportar ese coste. Los analistas de las compañías independientes de investigación como Gartner and Forrester Research convienen en que un nivel de precio de menos de 0.10 $ (con un volumen de producción de 1 000 millones de unidades) solo se puede lograr en unos 6 u 8 años,[9] lo que limita los planes a corto plazo para una adopción extensa de las etiquetas RFID pasivas. Otros analistas creen que esos precios serían alcanzables dentro de 10 a 15 años.
A pesar de que las ventajas en cuanto al coste de las etiquetas RFID pasivas con respecto a las activas son significativas, otros factores, incluyendo exactitud, funcionamiento en ciertos ambientes como cerca del agua o metal, y fiabilidad, hacen que el uso de etiquetas activas sea muy común hoy en día.
Para comunicarse, las etiquetas responden a peticiones o preguntas generando señales que a su vez no deben interferir con las transmisiones del lector, ya que las señales que llegan de las etiquetas pueden ser muy débiles y han de poder distinguirse. Además de la reflexión o backscatter, puede manipularse el campo magnético del lector por medio de técnicas de modulación de carga"). El backscatter se usa típicamente en el campo lejano") y la modulación de carga en el campo próximo") (a distancias de unas pocas veces la longitud de onda del lector).
Tags passivas
Tags passivas não possuem energia elétrica. O sinal que chega dos leitores induz uma pequena corrente elétrica suficiente para operar o circuito integrado CMOS da etiqueta, para que ele possa gerar e transmitir uma resposta. A maioria das tags passivas usa backscatter na portadora recebida; Ou seja, a antena deve ser projetada para obter a energia necessária para operar ao mesmo tempo que transmite a resposta por retroespalhamento. Esta resposta pode ser qualquer tipo de informação, não apenas um código identificador. Uma etiqueta pode incluir memória não volátil, possivelmente gravável (por exemplo, EEPROM).
Etiquetas passivas geralmente possuem distâncias de uso prático entre 10 cm (ISO 14443) e chegando até alguns metros (EPC e ISO 18000-6"), dependendo da frequência de operação e do design e tamanho da antena. Devido à sua simplicidade conceitual, são obtidas através de um processo de impressão das antenas. Como não necessitam de alimentação, o dispositivo pode ser muito pequeno: podem ser incluídos em um adesivo ou inseridos sob a pele (etiquetas de baixa frequência).
Em 2006, a Hitachi desenvolveu um dispositivo passivo chamado µ-Chip com tamanho de 0,15 × 0,15 mm sem antena, mais fino que uma folha de papel (7,5 µm).[10][11] SOI (Silicon-on-Insulator) é usado para conseguir essa integração. Este chip pode transmitir um identificador exclusivo de 128 bits fixado na fabricação, que não pode ser modificado e lhe confere autenticidade. Tem um alcance máximo de leitura de 30 cm. Em fevereiro de 2007, a Hitachi apresentou um dispositivo ainda menor que 0,05x0,05 mm e fino o suficiente para ser embutido em uma folha de papel.[12] Esses chips possuem capacidade de armazenamento e podem operar a distâncias de até algumas centenas de metros. Sua principal desvantagem é que sua antena deve ser pelo menos 80 vezes maior que o chip.
Alien Technology") (Fluidic Self Assembly), SmartCode") (Flexible Area Synchronized Transfer) e Symbol Technologies (PICA) afirmam ter processos em vários estágios de desenvolvimento que podem reduzir ainda mais custos através de processos de fabricação paralelos. Esses meios de produção poderiam reduzir ainda mais os custos e impulsionar as economias dos modelos em escala de um importante setor da fabricação de silício. Isto poderia levar a uma maior expansão da tecnologia de etiquetas passivas.
Existem rótulos feitos com semicondutores à base de polímeros desenvolvidos por empresas de todo o mundo. Em 2005, a PolyIC e a Philips introduziram tags simples na faixa de 13,56 MHz que utilizavam esta tecnologia. Se introduzidas com sucesso no mercado, essas etiquetas poderão ser impressas como uma revista, com custos de produção muito mais baixos do que as etiquetas de silicone, servindo como uma alternativa totalmente impressa, como os atuais códigos de barras. No entanto, isto exige que superem aspectos técnicos e económicos, tendo em conta que o silício é uma tecnologia que há décadas desfruta de investimentos de desenvolvimento multimilionários que resultaram num custo inferior ao da impressão convencional.
Devido a preocupações com energia e custos, a resposta de uma etiqueta RFID passiva é necessariamente breve, normalmente apenas um único número de identificação (GUID). A falta de fonte de alimentação própria significa que o dispositivo pode ser bastante pequeno: existem produtos disponíveis no mercado que podem ser inseridos sob a pele. Na prática, as tags passivas possuem distâncias de leitura que variam de cerca de 10 milímetros a cerca de 6 metros, dependendo do tamanho da antena da tag e da potência e frequência em que o leitor opera. Em 2007, o menor dispositivo deste tipo disponível comercialmente media 0,05 milímetros × 0,05 milímetros e era mais fino que uma folha de papel; Esses dispositivos são praticamente invisíveis.
Etiquetas ativas
Ao contrário das tags passivas, as tags ativas possuem sua própria fonte de energia autônoma, que utilizam para alimentar seus circuitos integrados e propagar seu sinal ao leitor. Estes são muito mais confiáveis (têm menos erros) do que os passivos devido à sua capacidade de estabelecer sessões com o leitor. Graças à sua fonte de energia, são capazes de transmitir sinais mais potentes que os passivos, o que os torna mais eficientes em ambientes difíceis para a radiofrequência, como água (incluindo humanos e gado, maioritariamente constituído por água), metal (contentores, veículos). Eles também são eficazes em distâncias maiores e podem gerar respostas claras a partir de recepções fracas (ao contrário das recepções passivas). Pelo contrário, tendem a ser maiores e mais caros, e a sua vida útil é geralmente muito mais curta.
Muitas tags ativas têm alcance efetivo de centenas de metros e vida útil da bateria de até 10 anos. Alguns deles integram sensores de registro de temperatura e outras variáveis que podem ser utilizadas para monitorar ambientes alimentares ou produtos farmacêuticos. Outros sensores associados ao RFID incluem umidade, vibração, luz, radiação, temperatura e componentes atmosféricos, como etileno. Além de um alcance muito maior (500 m), possuem maiores capacidades de armazenamento e capacidade de armazenar informações adicionais enviadas pelo transceptor.
Atualmente, as menores tags ativas têm aproximadamente o tamanho de uma moeda. Muitas tags ativas têm alcance prático de dez metros e vida útil da bateria de vários anos.
Características
A principal vantagem das etiquetas RFID ativas sobre as passivas é o elevado alcance de leitura, da ordem de dezenas de metros. Como desvantagens, vale destacar o preço, bem superior aos passivos, e a dependência da bateria. A vida útil das baterias depende de cada modelo de etiqueta e também da sua atividade; normalmente é da ordem de anos. Para facilitar o gerenciamento da bateria, é comum que etiquetas RFID ativas enviem informações sobre o nível da bateria ao leitor, permitindo que aquelas que estão prestes a acabar sejam substituídas antecipadamente.
Estas baterias fornecem energia às etiquetas em modo standby em que a corrente consumida é muito pequena (geralmente 3uA) e em modo de operação (onde são consumidos 24mA) estas baterias podem durar de 1 a 10 anos, o que as torna mais robustas. Os mais utilizados são o lítio e o dióxido de manganês como CR2032 e CR2320. Abaixo estão suas características técnicas:
Possui as seguintes dimensões de acordo com IEC 60086:.
O desempenho de descarga com base na temperatura e resistência de carga é mostrado nos gráficos a seguir:
Existem também baterias impressas ultrafinas para design de embalagens ativas. Essas baterias são flexíveis, potentes e têm menos de um milímetro de espessura, tornando-as ideais para etiquetas ativas em sistemas RFID.
Outra alternativa são as baterias de papel, que têm aplicações em dispositivos RFID, cartões inteligentes e LEDs de papel, entre outros. É uma bateria composta por finas folhas de compostos químicos incrustadas em papel, obtendo energia elétrica a partir de reações de oxidação-redução, produzindo nos terminais uma tensão nominal de 1,5 V e uma carga de aproximadamente 1,5 mAh.
Tags semipassivas
As tags semipassivas são semelhantes às tags ativas porque possuem fonte de alimentação própria, embora neste caso seja utilizada principalmente para alimentar o microchip e não para transmitir um sinal. A energia contida na radiofrequência é refletida para o leitor como numa etiqueta passiva. Um uso alternativo para a bateria é armazenar informações propagadas do leitor para emitir uma resposta no futuro, normalmente usando backscatter. As etiquetas sem bateria devem responder refletindo a energia da portadora do leitor em tempo real.
A bateria pode permitir que o circuito integrado da etiqueta seja constantemente alimentado e elimina a necessidade de projetar uma antena para coletar energia de um sinal recebido. Portanto, as antenas podem ser otimizadas para usar métodos de retroespalhamento. As etiquetas RFID semipassivas respondem mais rapidamente, por isso têm uma taxa de leitura mais forte do que as passivas.
Este tipo de tag possui confiabilidade comparável à das tags ativas, ao mesmo tempo em que é capaz de manter a faixa de operação de uma tag passiva. Eles também tendem a durar mais do que os ativos.
Quais são as diferenças entre códigos de barras e etiquetas RFID?.
Uma das funções essenciais dos selos de segurança é garantir a correta identificação e rastreabilidade dos produtos e mercadorias a que estão associados. Quais são as diferenças entre código de barras e etiquetas RFID? O selo de segurança funciona então como veículo de informação graças aos códigos que nele estão integrados.
As principais diferenças entre os sistemas de identificação: Quais as diferenças entre códigos de barras e etiquetas RFID?
É interessante comparar sistemas mais tradicionais, como os códigos de barras, com a alternativa apresentada pelas etiquetas RFID. Vamos revisar o comportamento de cada um focando em quatro características principais:
Capacidade de armazenamento de informações.
Versatilidade e velocidade de digitalização.
Custo do sistema.
Excelente vantagem.
- Código de barras.
A grande vantagem do código de barras é a sua padronização em diversos setores. A simplicidade de utilização e o correto nível de precisão fazem dele o sistema mais difundido no setor de varejo ou comércio e na gestão de estoques e logística.
Porém, sua capacidade de armazenamento de informações é mais limitada pelo espaço: grava até 20 caracteres. Por outro lado, a leitura do código de barras requer intervenção humana e contato direto do leitor com a informação impressa, o que retarda o processo.
Quanto ao custo, os códigos de barras podem ser impressos com sistemas simples e, portanto, não são onerosos, mas é verdade que são mais propensos à deterioração em ambientes agressivos e não podem ser modificados depois de impressos.
Tipos de antena
O tipo de antena utilizada em uma etiqueta depende da aplicação para a qual ela foi projetada e da frequência de operação. Etiquetas de baixa frequência ou LF normalmente usam indução eletromagnética. Como a tensão induzida é proporcional à frequência, a tensão necessária para alimentar um circuito integrado pode ser produzida utilizando um número suficiente de voltas. Existem etiquetas LF compactas (como as encapsuladas em vidro, utilizadas para identificação humana e animal) que utilizam uma antena em vários níveis (três de 100-150 voltas cada) em torno de um núcleo de ferrite "Ferrite (cerâmica ferromagnética)").
Em alta frequência (HF, 13,56 MHz), uma espiral plana com 5 a 7 voltas e formato semelhante ao de um cartão de crédito é usada para atingir distâncias de dezenas de centímetros. Estas antenas são mais baratas que as antenas LF, pois podem ser produzidas por meio de litografia em vez de espiração, embora sejam necessárias duas superfícies metálicas e um isolador para fazer a ligação cruzada do nível externo para o interior da espiral, onde estão localizados o capacitor de ressonância e o circuito integrado.
As etiquetas passivas de ultra-alta frequência (UHF) e de micro-ondas são geralmente acopladas por rádio à antena do leitor e usam antenas dipolo clássicas "Dipolo (antena)"). É necessária apenas uma camada de metal, o que reduz custos. As antenas dipolo, entretanto, não se adaptam muito bem às características dos circuitos integrados típicos (alta impedância de entrada, ligeiramente capacitiva). Dipolos dobrados ou circuitos curtos podem ser usados como estruturas indutivas complementares para melhorar o fornecimento de energia. Os dipolos de meia onda (16 cm a 900 MHz) são muito grandes para a maioria das aplicações (por exemplo, as etiquetas RFID para uso em etiquetas não podem ser maiores que 10 cm), portanto as antenas devem ser duplicadas para atender às necessidades de tamanho. Estruturas de banda larga também podem ser usadas. O ganho "Ganho (eletrônico)") de antenas compactas é geralmente inferior ao de um dipolo (menos de 2 dB) e podem ser consideradas isotrópicas no plano perpendicular ao seu eixo.
Os dipolos sofrem acoplamento com radiação polarizada em seus eixos, portanto a visibilidade de uma etiqueta com uma única antena dipolo depende de sua orientação. Etiquetas com duas antenas octogonais (etiquetas dipolo duplas) são muito menos dependentes dela e da polarização da antena do leitor, mas são normalmente maiores e mais caras do que suas contrapartes individuais.
Antenas patch podem ser utilizadas para prestar serviço nas proximidades de superfícies metálicas, embora seja necessária uma espessura de 3 a 6 mm para obter uma boa largura de banda, além de possuir uma conexão de aterramento que aumenta o custo em comparação com estruturas mais simples de camada única.
As antenas HF e UHF são geralmente feitas de cobre ou alumínio. Tintas condutoras foram testadas em algumas antenas, encontrando problemas de adesão ao circuito integrado e estabilidade do ambiente.
Associação de tags
Existem três tipos básicos de rótulos devido à sua relação com os objetos que identificam: associável, implantável e inserível (anexável, implantável, inserção).[13] Além desses tipos de rótulos, a Eastman Kodak registrou dois pedidos de patente que tratam do monitoramento do consumo de medicamentos na forma de um rótulo “digerível”.[14].
Posicionamento da etiqueta
A orientação pode afetar o desempenho das etiquetas UHF no ar. Em geral, a recepção ideal de energia do leitor não é necessária para operar etiquetas passivas. Porém, pode haver casos em que a distância entre ambas as partes seja fixa, bem como a potência efetiva emitida. Neste caso, é necessário saber em quais casos você pode trabalhar de forma otimizada com eles.
Os pontos denominados R (ponto de ressonância*), L (ponto vivo*) e D (ponto morto*) são definidos para especificar a localização das etiquetas em um objeto marcado, para que ainda possam receber a energia necessária com base em certos níveis de potência emitida e distância.[15].
Marcar ambientes
O conceito da etiqueta RFID está associado à sua onipresença. Isso significa que os leitores podem exigir que a seleção de tags seja explorada entre muitos candidatos possíveis. Eles também podem querer escanear tags em seu ambiente para fazer um inventário ou, se as tags estiverem associadas a sensores e puderem manter seus valores, identificar condições ambientais. Se um leitor RFID tentar trabalhar com um conjunto de tags, ele deverá conhecer os dispositivos que estão em sua área de atuação e então percorrê-los um por um, ou utilizar protocolos anti-colisão.
Para ler os dados das tags, os leitores utilizam um algoritmo de singularização baseado no percurso em árvore, resolvendo eventuais colisões que possam ocorrer e processando sequencialmente as respostas. Existem tags de bloqueio que podem ser usadas para impedir que leitores acessem as tags em uma área sem recorrer a comandos suicidas para desativá-las. Eles se disfarçam de rótulos normais, mas possuem certas características específicas; Especificamente, eles podem adotar qualquer código de identificação e responder a quaisquer perguntas que ouvirem, protegendo o meio ambiente ao anular a utilidade dessas perguntas.
Em geral, um sinal espúrio pode ser emitido se for detectada atividade de etiqueta para bloquear transmissões de etiquetas fracas. Se as etiquetas forem descartáveis ou não forem necessárias novamente, elas podem se tornar inúteis, induzindo nelas altas correntes que tornam seus circuitos inúteis.
Além disso, uma tag pode ser promíscua, se responder a todas as solicitações sem exceção, ou segura, se exigir autenticação (isto envolve os aspectos típicos de criptografia e gerenciamento de chaves de acesso). Uma tag pode ser configurada para ser ativada ou desativada em resposta aos comandos do leitor.
Os leitores responsáveis por um grupo de tags em uma área podem operar em modo autônomo, em oposição ao modo interativo. Trabalhando desta forma, eles realizam a identificação periódica de todos os tags do seu ambiente e mantêm uma lista de presença com timeouts e informações de controle. Se uma entrada expirar, ela será removida da tabela.
Freqüentemente, um aplicativo distribuído requer o uso de ambos os tipos extremos de tags. Os passivos não podem realizar tarefas de monitoramento contínuo, mas sim executar tarefas sob demanda quando os leitores as solicitarem. São úteis para realizar atividades regulares e bem definidas com necessidades limitadas de armazenamento e segurança. Se houver acessos frequentes, contínuos ou imprevisíveis, ou se houver requisitos de tempo real ou de processamento de dados (como busca em tabelas internas), geralmente é conveniente utilizar tags ativas.