RFID: Vorteile und Nachteile von aktiver und passiver RFID-Technik

Wenn ich eine neue Leiterplatte oder ein neues Produkt entwerfe, ist die genaue Wahl der Komponenten eine der schwierigsten Aufgaben. Es scheint, dass jede vorhandene Technologie mittlerweile eine ganz bestimmte Konfiguration zur Erzielung der besten Performance erfordert. Selbst wenn Sie es mit einer relativ einfachen Technologie wie RFID zu tun haben, können Sie zwischen verschiedenen Optionen wählen. Zwar verwendet jede Form von RFID-System ein aktives Lesegerät, das auch als Abfragegerät bezeichnet wird, doch sind die Transponder bzw. Tags für jede Anordnung unterschiedlich. Es gibt drei Hauptkategorien von RFID-Layouts, die auf den verschiedenen Tag-Typen basieren: passiv, semi-passiv und aktiv. Jedes dieser Systeme hat seine eigenen RFID Vorteile und Nachteile, die Ihnen bei der Entscheidung helfen können, ob sie sich für Ihre Anwendung eignen.

Passive RFID-Technologie

Die einfachste der drei RFID-Konfigurationen verwendet ein aktives Lesegerät und passive Tags. Passive RFID-Tags bestehen nur aus zwei Komponenten: einem integrierten Schaltkreis (IC) und einer Antenne. In Kombination werden diese manchmal als Inlay bezeichnet. Die Besonderheit von passiven RFID-Tags liegt darin, dass sie weder eine Konstantstromquelle noch eine Batterie beinhalten.

Passive RFID-Tags benötigen keine Batterie, da sie ihre Energie aus dem Abfragesignal des Lesegeräts beziehen. Um Tags in dieser Anordnung zu lesen, sendet ein Leser ein starkes Signal an alle Tags in seinem Lesebereich. Die Tags empfangen dann dieses Signal auf ihren Antennen und nutzen die Energie daraus, um ihre ICs mit Strom zu versorgen. Nachdem deren Prozessoren ihre Aufgaben erledigt haben, kommunizieren die Tags per induktiver oder Rückstreukopplung mit dem Lesegerät. Aufgrund dieser Eigenschaften bringt die Verwendung des passiven Systems die folgenden Vor- und Nachteilen mit sich:

Passive RFID Vorteile

• Kostengünstig – Da die hier verwendeten RFID-Tags maximal drei Komponenten (IC, Antenne, Gehäuse) umfassen, können sie recht günstig sein.   
• Geringes Gewicht – Das minimalistische Design der passiven Tags erlaubt es, dass sie kein großes Gewicht haben.
• Lebensdauer – Andere Tags, die eine Batterie verwenden, haben möglicherweise nur eine Lebensdauer von 3-5 Jahren. Die Lebensdauer passiver Tags hängt von den Materialien ab, aus denen sie bestehen, und von der Umgebung, in der sie eingesetzt werden. Wenn sie in einer schonenden Umgebung verwendet werden, liegt ihre Betriebsdauer bei bis zu 20 Jahren.
• Störungsarm – Induktive Leiterplatten und Leiterplatten mit Strahlungskopplung ohne aktive Antenne erzeugen nahezu kein Rauschen.

Passive RFID Nachteile

• Kurze Reichweite – Das Fehlen einer aktiven Antenne bedeutet, dass passive Tags eine extrem kurze Reichweite haben. Tags, die in niedrigen bis hohen Frequenzen senden und empfangen, können nur eine maximale Reichweite von etwa 60 cm erreichen. Wenn sie eine sehr hohe Frequenz verwenden, können sie bis zu 6 m erzielen, was aber immer noch ein relativ kleiner Sende- und Empfangsbereich ist.

• Begrenzte Speicherkapazität – Die meisten permanenten Speicher benötigen Strom, um Datenverluste zu verhindern. Ohne eine eingebaute Batterie können passive Tags nicht viele Informationen speichern.
• Erfordert Lesegerät – Passive Tags lassen sich nur mit einem leistungsstarken Lesegerät einschalten.
• Keine Sensoren – Die meisten Sensoren benötigen eine konstante Stromversorgung und möglicherweise einen Datenspeicher. Dies macht passive Tags für die meisten Sensoranwendungen ungeeignet.

^{Die Tags der passiven RFID-Technologie können fast so dünn sein wie ein Stück Papier}

Semi-passive RFID-Technologie

Eine Stufe besser als passive Tags sind semi-passive Tags. In einem semi-passiven System haben die Tags eine Art von eingebauter Batterie, besitzen aber keinen aktiven Sender. Das bedeutet, dass sie induktive- oder Strahlungskopplung zur Kommunikation verwenden und deshalb immer noch eine kürzere Reichweite als ein aktives System haben. Die hier verwendete Batterie kann auch zum Betrieb von Sensoren und Daten speichern genutzt werden..

Semi-passive RFID Vorteile

•  Mittlere Reichweite – Einer der Hauptgründe, warum passive Tags eine so kurze Lesereichweite haben, ist, dass sie in der Nähe eines Lesegeräts sein müssen, um eingeschaltet zu werden. Der Einschaltbereich ist viel kleiner als die Kommunikationsreichweite. Semi-passive Tags können ihre Batterien zur Stromversorgung ihrer ICs verwenden, was bedeutet, dass sie nur durch die Kommunikationsreichweite begrenzt sind. Ein semi-passives System kann Tags in einer Entfernung von 30 Metern oder mehr lesen.

• Aktive Komponenten – Semi-passive Tags sind aufgrund ihrer integrierten Batterie in der Lage, Sensoren und Speicher zu unterstützen. Wenn Ihre Anwendung Sensoren und Speicher aber keine extrem große Reichweite benötigt, können Sie möglicherweise semi-passive RFID-Transponder verwenden.

• Mittlere Kosten – Semi-passive Tags sind teurer als passive Tags, aber billiger als aktive Tags.

• Störungsarm – Wie ein passives System emittieren semi-passive Tags nur wenig Rauschen in der Umgebung.

Semi-passive Nachteile

•  Erfordert Lesegerät – Auch wenn semi-passive Tags nicht auf ein Lesegerät für die Stromversorgung angewiesen sind, benötigen sie dennoch eines für die Kommunikation.

• Begrenzte Lebensdauer – Das Vorhandensein einer Batterie begrenzt automatisch die Lebensdauer eines Tags. Anstelle von 20 Jahren können Sie mit einem Betrieb von 2-7 Jahren rechnen. Darüber hinaus ist ein Tag mit Batterie weniger robust gegen Umwelteinflüsse als ein Tag mit nur einem IC und einer Antenne.

Aktive RFID-Technologie

Die komplexeste Form von RFID sind aktive RFID-Systeme. Hier hat das Tag eine größere Batterie und verwendet einen aktiven Sender anstelle eines passiven. Ein aktiver Sender benötigt eine größere Batterie, die auch einen schnelleren Prozessor und andere energieintensivere Komponenten versorgen kann.

Aktive RDFI Vorteile

• Große Reichweite – Ein aktiver Sender kann über größere Entfernungen kommunizieren. Aktive Tags können eine Lesereichweite von mehr als 90 Metern erreichen, also mehr als das Dreifache der semi-passiven Tags.

• Lesegeräte mit geringem Stromverbrauch – Da aktive Tags eine stromführende Antenne verwenden, hängt die Signalstärke nicht nur von der Leistung des Abfragegeräts ab.

• Mehr Komponenten – Wenn Sie eine größere Batterie hinzufügen, können Sie auch einen leistungsfähigeren Prozessor, mehr Sensoren und mehr Speicher verwenden, also insgesamt mehr Komponenten. Wenn Ihr Tag viele verschiedene Funktionen erfüllen muss, ist ein aktives Tag sicherlich die beste Wahl für Sie.

​​Aktive RFDI Nachteile

• Teuer – Während passive Tags weniger als 10 Cent pro Einheit kosten können, können aktive Tags bis zu 20 US-Dollar kosten.
• Begrenzte Lebensdauer – Aktive RFID-Tags sind in der Regel so konzipiert, dass sie eine Lebensdauer von 3-5 Jahren haben. Nachdem die Batterie leer ist, müssen Sie das Tag erneuer

• Groß und schwer – Im Vergleich zu einem Tag, der so dünn wie ein Blatt Papier ist, sind aktive Tags sehr groß und schwer. Die Batterien sind besonders schwer und nehmen viel Platz ein. Wenn Sie möchten, dass Ihre Tags zwischen die Seiten eines Buches passen, sind aktive Tags wahrscheinlich nichts für Sie.

• Störungsquelle– Die Verwendung eines aktiven Senders erhöht das Rauschen in Ihrer Umgebung. Achten Sie darauf, wie sich aktives Tag-Rauschen auf Ihr System auswirkt.

^{Möglicherweise sollten Sie eine aktive RFIDs-Technologie verwenden, wenn Sie ein ganzes Lager scannen müssen}

Von den vielen spezifischen RFID Vorteilen und Nachteilen passiver, semi-passiver und aktiver Systeme sollten Sie sich vor allem die folgenden merken:

• Passive Tags können keine Sensoren oder Speicher unterstützen und haben eine kurze Reichweite    
• Semi-passive Tags haben eine mittlere Reichweite und können trotzdem günstig sein
• Aktive Tags können viele Funktionen erfüllen, sind aber groß, teuer und schwer.

Mit diesem Wissen als Grundlage können Sie die beste Art von RFID-System für ihr nächstes Projekt auswählen. 

Wenn es jedoch nicht nur um RFID-Tags, sondern um das PCB-Design im Allgemeinen geht, kann die Auswahl schnell etwas überfordernd werden. Deshalb ist es wichtig, gute Software zu verwenden, die Sie durch den Prozess führt. CircuitStudio^® verfügt über eine Vielzahl an Tools, die Ihnen helfen können, die richtigen Designentscheidungen zu treffen.

Mit dem neuen Altium 365 steht außerdem eine Cloud-Platform zur Verfügung, mit der Sie eine noch bessere Kommunikation gewährleisten können, und zwar von überall aus.

Haben Sie weitere Fragen zum RFID-Design? Rufen Sie einen Experten von Altium an.

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