3 Interface de RF Passiva
3.3 Interface Passiva Utilizando Acoplamento Indutivo
3.3.2 Comunicação no sentido transponder para interrogador
para interrogador são encontradas nos sistemas comerciais duas técnicas, a de modulação de carga e a de transmissão alternada.
Transmissão Alternada
A Figura 3.4 apresenta o diagrama de blocos para esse tipo de sistema. Nesse tipo as trocas de dados entre o interrogador e o transponder consistem de duas fases de operação (Schuermann, 1991)(Schuermann, 1993). Na primeira fase o transponder recebe energia do interrogador a partir do sinal de RF. Ao mesmo tempo, o interrogador eventualmente poderá modular esse sinal de RF de modo a enviar dados, os quais irão constituir o comando que ele
fluxo de bits
0
1
0
0
1
codificação Miller sinal modulado modificada t a) fluxo de bits0
1
0
0
1
codificação NRZ sinal modulado t b)Figura 3.3 – Formatos para a comunicação no sentido interrogador para transponder em dois padrões HF RFID com freqüência portadora de 13,56 MHz. a) Padrão ISO 14443-A. Nesse padrão o índice de modulação é 100 %. b) Padrão ISO 14443-B. Nesse padrão o índice de modulação é aproximadamente 11 % . Nos dois casos a taxa de dados é 106 kbps.
solicita que o transponder execute. Durante essa primeira fase o transponder armazena em um capacitor de backup a energia obtida do sinal de RF que ele retifica e regula para obter tensão contínua. Se o projeto do transponder incluir o recebimento de diferentes comandos, nessa primeira fase parte da energia recebida também será utilizada para alimentação dos circuitos internos que realizam a decodificação do comando recebido. Após a primeira fase de carregamento do capacitor, o interrogador interrompe a transmissão de RF. Nessa segunda fase, uma fase de silêncio do interrogador, o transponder envia a informação digital solicitada pelo interrogador através de um sinal ASK ou FSK - Frequency Shift Keying. Nessa fase todos os circuitos necessários à comunicação realizada pelo transponder são alimentados pela energia armazenada no capacitor durante a primeira fase.
3 - Interface de RF Passiva 33
A Figura 3.5 apresenta o diagrama de blocos de um circuito integrado para transponder que utiliza a técnica descrita acima (Kaiser, 1995). Em particular, conforme o bloco de modulação mostrado, o circuito integrado da Figura utiliza a técnica FSK para enviar para o interrogador os dados de identificação. Os circuitos integrados para transmissão alternada em geral operam com campos de baixa freqüência, sendo 135 kHz a freqüência típica.
A rigor, um transponder de transmissão alternada não implementa uma interface de RF passiva, visto que para transmitir dados para o interrogador ele utiliza um oscilador/modulador de transmissão, o qual é alimentado com a energia armazenada no capacitor. Porém, é válido denominar como pseudopassiva tal interface, sob o ponto de vista de que ela prescinde de uma fonte de energia no lado do transponder, baseando sua operação apenas na energia originária do interrogador. Conforme descrita acima, a técnica de acoplamento indutivo com transmissão alternada somente permite comunicações em modo half-duplex.
L L C Interrogador Transponder C missão, formatador quadros, modulador amplificador de RF, oscilador de trans- decodificador demodulador, amp. de RF controle tx/rx retificador e regu- lador de tensão decod. demod. memória controle codificador extrator clock formatador quadro osc./mod. transm. backup capacitor de
detector de fim de quadro de Recepção Oscilador divisor de clock Retificador e Regulador de Tensão disparador ressonante Registrador de deslocamento Circuito de descarga Limitador de RF Controle e Teste EEPROM de dados Modulação
Figura 3.5 – Diagrama de blocos de um transponder para acoplamento indutivo com transmissão alternada. Adaptado de (Kaiser, 1995).
Modulação de Carga
Esse tipo é descrito a partir da Figura 3.6. Para enviar dados o transponder realiza a chamada modulação de carga, utilizando para isso uma chave e resistência paralelas ao circuito LC. Conforme a resistência é conectada ou não, por meio do acoplamento indutivo a carga imposta ao circuito LC do interrogador é variada. Dessa forma a informação pode ser enviada no sentido do interrogador sem que o transponder utilize oscilador, ou qualquer estágio de RF ativo. Na prática, a resistência e a chave da Figura correspondem a um MOSFET onde o terminal de porta é comandado pelo sinal do bloco codificador. Quando a resistência é inserida no circuito aumenta o efeito de carga sobre o circuito de acoplamento no interrogador. Isso pode ser detectado no interrogador, pois corresponde a uma redução da tensão desenvolvida nos terminais do circuito LC. Ou seja, a variação do efeito de carga corresponde à transmissão de informação através de modulação em amplitude, ou mais especificamente ASK, pois a resistência de carga é variada de forma discreta, de acordo com os bits da informação digital que deve ser ser transmitida.
3 - Interface de RF Passiva 35 L C Interrogador Transponder retificador e regu- lador de tensão decod. demod. memória controle formatador quadro codificador extrator clock L C missão, formatador quadros, modula- oscilador de trans- dor, amp. de RF filtro subport., decodificador demodulador, controle tx/rx
Figura 3.6 – Implementação da interface de RF passiva por meio de modulação de carga
Em geral, nos sistemas que usam modulação de carga é utilizada uma subportadora digital. Esse é o caso do padrão RFID ISO14443-B (ISO 14443-2, 2001). Nesse padrão a taxa de dados nos dois sentidos é 106 kbps e a subportadora digital tem valor de 847,5 kHz, que é o valor da portadora de 13,56 MHz dividido por 16. Conforme o bit transmitido essa portadora é chaveada entre duas fases, ou seja, uma técnica BPSK - Binary Phase Shift Keying. O bit 0 corresponde a subportadora defasada por 180°, enquanto o bit 1 corresponde a subportadora original, ou seja, defasagem de 0°. A Figura 3.7 ilustra esse aspecto. Para esse padrão, o formato da comunicação no sentido interrogador para transponder foi apresentado anterior- mente na Figura 3.3.b.
Na Figura 3.8 é apresentado o diagrama de blocos para um circuito integrado RFID que realiza comunicações por modulação de carga, o AT88RF020 (ATMEL, 2006). O bloco modulador de carga localiza-se em paralelo com o circuito LC onde é desenvolvida a tensão de RF originária do campo magnético do interrogador. Essa tensão de RF é retificada e regulada de modo a alimentar os circuitos internos do CI - circuito integrado. Os circuitos internos incluem uma EEPROM, o que permite que códigos de identificação ou outros tipos de informação possam ser armazenados. O AT88RF020 segue as especificações do padrão ISO 14443-B, que foi usado como exemplo em várias partes desta seção.
fluxo de bits
1
0
1
1
0
subportadora de 847,5 kHz subportadora codificada BPSK t modulação de cargaFigura 3.7 - Formato para a comunicação no sentido transponder para interrogador do padrão ISO 14443-B. O índice de modulação apresentado é 10 % .
Figura 3.8 - Diagrama do blocos do AT88RF020 (Atmel, 2006).