射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)又称电子标签,是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术,它具有条码无法提供的整批读取、可读写大量资料、可编程性等特点,在零售、物流、交通、通信终端、医疗等领域具有广阔应用前景。
基本的RFID系统由RFID标签(Tag)、RFID阅读器(Reader)及应用支撑软件等几部分组成。按照制造流程区分,其价格体系主要由RFID晶片、天线、封装技术、载体、记忆体、电池等决定。
1、芯片设计技术
按照能量供给方式的不同,RFID标签可以分为被动标签、半主动标签和主动标签,其中半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电池提供,主动标签可以主动发出射频信号。
按照工作频率的不同,RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同,LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理,而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。不同频段标签芯片的基本结构类似,一般都包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其中,射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制;模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟,进行上电复位等;数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞协议的处理等;存储器单元模块用于信息存储。
目前,发达国家在多种频段都实现了RFID标签芯片的批量生产,模拟前端多采用了低功耗技术,无源微波RFID标签的工作距离可以超过1米,无源超高频RFID标签的工作距离可以达到5米以上,功耗可以做到几个微瓦,批量成本接近十美分。
射频标签的通信标准是标签芯片设计的依据,目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:ISO/IEC 18000标准(包括7个部分,涉及125KHz、13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz等频段),ISO11785(低频)、ISO/IEC 14443标准(13.56MHz)、ISO/IEC 15693标准(13.56MHz),EPC标准(包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段),DSRC标准(欧洲ETC标准,含5.8GHz)。目前电子标签芯片的国际标准出现了融合的趋势,ISO/IEC 15693标准已经成为ISO18000-3标准的一部分,EPC GEN2标准也已经启动向ISO18000-6 Part C标准的转化。
2、芯片制造技术
半导体芯片制造工艺有多种类型,根据器件类型可分CMOS、Bipolar、BICMOS等,根据材料可分Si、Ge、GaAs工艺等,根据衬底类型可分体硅工艺、SOI工艺等。RFID应用特点是批量大,但成本极其敏感,尽管有厂家利用特殊工艺设计制造出相应产品,但综合多种因素及国内实际情况,基于CMOS制造工艺的工艺技术比较适合目前应用需求的RFID的加工制造。目前国外也主要采用标准CMOS工艺,且普遍采用0.35μm以下工艺。
3、德州仪器EPC Gen 2硅芯片技术
一般来说,面向超高频(UHF)应用的RFID技术与金属产品或金属环境之间总是很难配合,如同油与水的关系,这使得通过RFID技术管理金属产品零售供应链(RSC)面临严峻的挑战。为应对上述挑战,韩国RFID组件与中间件开发商与制造商Sontec公司10月12宣布推出多款采用德州仪器(TI) EPC Gen 2 IC芯片的贴装金属标签与针对金属的RFID应答器。根据协议,TI将向Sontec提供1,000万片射频识别(RFID) Gen 2芯片,首批货物已经交付,其余部分将在2007年上半年前交付。
通常说来,RFID标签发射的无线电波在UHF频段下会被金属反射,而且金属制品产生的涡流效应也会造成电波衰减,从而降低读取距离性能,对要求10-30英尺读取距离的零售供应链应用来说,这将会影响标签的使用效果。
Sontec标签采用TI通过EPCglobal认证的最新Gen 2 UHF IC芯片。TI以晶圆与条状芯片形式提供的Gen 2硅芯片由最高级的130纳米模拟过程节点开发而成,内置的肖特基二极管提高了RF信号能量的转换效率,这样,芯片实现了低功耗与芯片至读卡器的更高灵敏度。
随着半导体技术的成熟,RFID晶片不再是影响RFID标签成本之唯一因素。另外两个影响RFID标签成本的核心制造技术还有天线设计及封装技术。