原标题：如何在物流跟踪应用中部署最新的RFID进展

　　物流和供应链管理越来越多地转向射频识别 (RFID) 技术，以提供对材料和物品的位置和数量的实时可见性。使用 RFID 标签可以加快库存管理过程，减少人为错误的机会，并有助于减少库存缩减。RFID标签不一定需要可见才能被读取，并且可以在标签位于盒子或其他外壳内时被读取。此外，一个人可以从远处一次读取数百个 RFID 标签。

　　设计人员需要在 RFID 标签电源架构和数据格式之间进行选择，并且他们需要紧凑且准确的 RFID 阅读器。标签和阅读器可能还需要满足电子产品代码 (EPC) UHF Gen2v2 技术标准和 RAIN RFID 数据格式的要求。

　　本文回顾了 RFID 技术，包括有源和无源标签，以及通过添加能量收集来提高无源标签性能的可能性。它总结了设计人员在部署基于 RFID 的物流跟踪系统时需要了解的各种行业标准，并通过展示STMicroelectronics、Murata Electronics和Melexis Technologies的 RFID 标签和阅读器选择以及加速 RFID 设计的评估平台来结束物流解决方案。

　　RFID平台可以通过多种方式进行分类;通过操作频段、供电架构和数据通信格式。有三个主要工作频段，低频 (LF)、高频 (HF) 和超高频 (UHF)。LF 频段覆盖 30 到 300 千赫兹 (kHz)，大多数 LF 标签的工作频率为 125 kHz。LF 标签的读取范围较短，约为 10 至 30 厘米 (cm)，读取速度比高频标签更慢，但对电磁干扰 (EMI) 的敏感性相对较低。它们用于电缆识别、手术器械、医疗设备跟踪和维护工具库存。

　　近场通信 (NFC) 标签是 HF RFID 的子集。所有 NFC 标签都在 HF 频段运行，但并非所有 HF 频段的标签都使用 NFC 协议(图 1)。NFC 标签通常被限制在几厘米 (cm) 的传输距离内，而其他 HF 标签设计的传输距离可达 30 cm。此外，NFC 标签仅指定在 13.56 兆赫 (MHz) 下运行。虽然所有 RFID 标签频率都用于物流应用，但 UHF RFID 标签有时被称为“供应链”标签，因为它们结合了更长的读取范围、更快的读取速率以及针对物流应用优化的数据格式的可用性。

　　图 1：NFC 标签是 LF RFID 技术的子集，通常以 125 kHz 的频率运行。(图片来源：意法半导体)

　　RFID标签可以根据其电源架构进行分类：

　　有源标签有电池，可以定期传输，无需轮询，读取范围可达 100 米。

　　无源标签必须由阅读器轮询。来自阅读器射频信号的能量打开并为标签供电，将信息反射回阅读器。

　　能量收集标签是一种无源标签，可以捕获阅读器发射的射频能量，并使用收集到的能量为其他系统组件供电。

　　半无源标签，也称为电池辅助标签，包括电池，但像无源标签一样工作，仅在读取器轮询时传输数据。

　　无源标签，包括 UHF 和 NFC 设计，是物流解决方案中最常见的 RFID 形式。有源标签要贵得多，通常用于跟踪建筑、运输和医疗保健行业中的高价值资产。半无源标签，尤其是那些使用 NFC 技术的标签，仅在手机等特定应用中出现。

　　ISO/IEC 14443 和 ISO/IEC 15693 标准确保了支持 NFC 的设备的互操作性。NFC 操作基于电感耦合并且对天线方向敏感(图 2)。NFC 设备可以是由另一个 NFC 设备产生的射频场供电的无源设计，也可以是具有电池电源的半无源设计。由于传输距离短，NFC 标签本质上更安全。此外，NFC标签必须一次读取一个，而UHF标签等其他RFID技术支持同时读取大量标签。与其他 LF RFID 技术相比，NFC 标签可以存储和传输更大量的信息，增强了其在物流应用中的实用性。动态 NFC RFID 标签是一种双接口、快速传输、具有可配置中断、RF 管理、

　　图 2：需要正确的天线方向才能实现 NFC 设备所需的电感耦合。(图片来源：意法半导体)

　　用于物流管理的 RAIN 和 EPC

　　RAIN(射频识别)RFID 联盟提倡使用 ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2 协议。RAIN 技术被开发用于使用互联网将 UHF RFID 标签连接到云。RAIN 的 EPC gen 2v2 是一种用于无源 RFID 标签的协议，通过对标签和阅读器进行身份验证来支持安全和隐私。RAIN 修改了 ISO 编号系统，以简化公司识别号的使用。

　　物理对象的 EPC 通用标识符标准由 EPCglobal 开发，它是 GS1 US(前身为 Uniform Code Council, Inc.)和 GS1(前身为 EAN International)的合资企业。EPC 已被采纳为 ISO 18000-6C 标准。它标准化了阅读器和标签的通信方式以及 EPC 数据在用户之间的共享方式。EPC是一种标识符和数据格式，而RFID是射频载体技术。

　　动态 NFC 标签

　　对于可以从动态 NFC 标签中受益的物流解决方案，设计人员可以求助于 STMicroelectronics 的 ST25DVxxKC 系列。该系列中的器件提供 4 kbit (Kbit)、16 Kbit 和 64 Kbit 电可擦可编程存储器 (EEPROM)。例如，ST25DV04KC是一个 4 Kbit 设备。所有 ST25DVxxKC 设备都使用 ISO/IEC 15693 NFC 协议并具有两个接口。I2C 串行链路可以由电池等直流电源供电。当接收到的载波的射频能量为设备供电时，射频链路激活。这些标签还包括为外部组件供电的能量收集功能(图 3)。此模拟输出 (V_EH) 在启用能量收集模式且 RF 场强足够时提供可用的模拟电压 V_EH。能量收集电压输出不受调节。

　　图 3：ST25DVxxKC 设备使用 ISO/IEC 15693 NFC 协议(中心块)、I2C 接口(右下角)和能量收集功能(在模拟前端和数字单元控制块中)。(图片来源：意法半导体)

　　NFC阅读器评估板

　　STMicroelectronics的X-NUCLEO-NFC03A1是一款基于ST25R95-VMD5T的 NFC 读卡器评估板，可加速 RFID 解决方案的开发(图 4)。ST25R95-VMD5T 管理标准应用的帧编码和解码，例如 NFC。X-NUCLEO-NFC03A1 支持 ISO/IEC 14443 Type A 和 B、ISO/IEC 18092 和 ISO/IEC 15693(单或双副载波)协议。它可以使用 NFC Forum Type 1、2、3 和 4 标签检测、读取和写入。此外，该评估板与 ST Arduino™ UNO R3 连接器引脚分配兼容。

　　图 4：X-NUCLEO-NFC03A1 读卡器评估板支持扩展 STM32 Nucleo 板以用于 NFC，支持接近和邻近标准。(图片来源：意法半导体)

　　金属表面上的 RFID

　　Murata 的LXTBKZMCMG-010金属上 UHF RAIN RFID 标签专为手术器械和工具而设计，使用 金属表面作为增强天线，可将读取范围扩大到 150 厘米。LXTBKZMCMG-010 在整个 UHF 频段上工作，尺寸仅为 6.0 x 2.0 x 2.3 毫米 (mm)，工作温度范围为 -40 至 +85 °C。它符合 EPC 全球 Gen2 (v2) 和 RAIN RFID 协议。

　　美国法规要求在每个手术工具上放置一个唯一的设备标识符 (UDI)。与 EPC 一样，UDI 法规旨在支持医疗设备的安全使用和存储。UDI 系统适用于多种类型的医疗设备，但对于存在为手术准备不正确器械的重大风险的手术器械尤其重要。预计欧洲未来也将要求在手术工具上使用 UDI。除了与手术工具相关的物流挑战外，手术工具的设置既费时又容易出错，即使是有经验的人也是如此。

　　图 5：Murata 的 LXTBKZMCMG-010 金属上 UHF RAIN RFID 标签使用手术器械和工具的金属表面作为增强天线，以增加读取范围。(图片来源：村田)

　　LF RFID 收发器 IC 和评估板

　　受益于 LF RFID 收发器的物流解决方案可以转向 Melexis 的MLX90109单芯片 125 kHz RFID 收发器。MLX90109 在高度灵活的器件中结合了最低系统成本和功耗。阅读器的载波频率和振荡器频率由作为并联谐振电路连接的外部线圈和电容器确定，无需外部振荡器并通过完美的天线调谐防止零调制效应。对于最简单的实现，可以在单线接口上传输未解码的应答器信号。可选地，MLX90109 可以对芯片上的应答器信号进行解码，并通过 2 线接口与时钟和数据共享解码后的信号。MLKX90109 的特性包括：

　　SO8 封装中的高度集成解决方案

　　不需要外部石英参考;只有两个电阻加天线

　　片上解码支持易用性和快速系统设计

　　时钟和开漏数据输出支持 2 线串行通信

　　Melexis 的EVB90109允许设计人员评估 MLX90109 IC 的性能(图 6)。它还加速了紧凑且具有成本效益的 RFID 应用的开发。MLX90109 评估板的所有引脚都可用于双列直插 (DIL) 插座，以便轻松连接到外部微控制器。EVB90109 可用于从转发器读取数据，也可用于使用开/关键控调制向转发器发送信息。天线上并联的外部晶体管和二极管的“快速衰减”电路支持快速协议操作。

　　图 6：设计人员可以使用 EVB90109 评估板来衡量 MLX90109 IC 的性能。(图片来源：迈来芯)

　　概括

　　RFID 标签越来越多地用于物流跟踪应用。各种可用的 RFID 标签技术，包括各种频段、供电架构以及通信和数据协议，意味着有可用的标签可以满足广泛的物流跟踪需求。使用一些 RFID 技术，一个人可以从远处一次读取数百个 RFID 标签，从而加快库存管理过程。对于手术器械，使用 RFID 标签可以消除人为错误的一种来源，使手术更安全。UHF 和 NFC RFID 标签是物流解决方案中最常见的 RFID 形式，但 LF 125 kHz 标签可以用最少的外部组件支持低成本和简单的设计。