Eckdaten

Mithilfe von RFID-Systemen und der NFC-Technologie können Entwickler Geräten zu mehr Intelligenz und Funktionalität verhelfen. Mit Transponder ausgestattet können Anbauteile, Zubehör oder Verbrauchsmaterialien das Gerät konfigurieren und Betriebsdaten speichern. NXP bietet für den Schnellstart das Entwicklungsboard CLEV663B, erklärt die Entwicklungsschritte und erläutert wichtige Kriterien.

Relevante NFC-Standards

Geeignete Funkstandards für die Kommunikation finden sich in der ISO/IEC14443 (NTAG und MIFARE-Tags, entsprechend Typ-2- und Typ-4-Tags des NFC-Forums) und in der ISO/IEC15693 (ICODE tags, Type-5-Tag des NFC-Forums). Beide sind schon lange etabliert und es gibt eine große Auswahl an Produkten im Markt. Dies ermöglicht dem Entwickler, Produkte genau passend zu seinem Anwendungsfall auszuwählen.

Beide Standards beziehen sich auf 13,56 MHz im ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific and Medical), welches unter anderem auch für RFID-/NFC-Anwendungen geeignet ist. Beide der oben genannten Standards haben die Type-Tags des NFC-Forums verankert, sodass auch NFC-Lesegeräte wie Mobiltelefone mit solchen Tags kommunizieren können.

ISO/IEC14443 und die ISO/IEC15693 unterscheiden sich in der Übertragungsfrequenz (Subcarrier), Übertragungsgeschwindigkeit und Datenkodierung. Durch diese Unterschiede erzielen ISO/IEC14443-konforme Transponder höhere Datendurchsatzmengen (größere Speicherinhalte in kürzer Zeit) als jene gemäß ISO/IEC15693. Damit erreichen ISO/IEC14443-Transponder Baudraten von 106 kBd und die ISO/IEC15693-Modelle 26,6 kBd. Letztere Standards ermöglicht jedoch größere Sendeleistungen und damit auch höhere Reichweiten.

Energieübertragung und Reichweite

Im Frequenzbereich von 13,56 MHz basiert die Energieübertragung auf dem Transformatorprinzip mit loser Kopplung. Dabei erzeugt die Trägerfrequenz über die Antenne am Basisgerät (Schreib-/Lesegerät) ein elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses induziert in die Antenne eines Transponders in Reichweite eine Spannung und versorgt den Transponder-Chip mit Strom.

Die Datenübertragung vom Basisgerät zum Transponder erfolgt mittels Amplitudenmodulation. Der Transponder wiederum kann durch unterschiedliche Belastung des Feldes seine Antwort zurücksenden. Die erzielbaren Reichweiten hängen von der Ausgangsleistung des Schreib-/Lesegerätes und dessen Antennengröße, sowie von der Antennengeometrie und Abstimmung des Transponders ab. Grundsätzlich gilt, je größer die Transponderantenne, umso höher die Reichweite. Dabei ist jedoch immer das Größenverhältnis der beiden Antennen zueinander ausschlaggebend. Ideal für eine gute Kopplung ist eine etwas größere Antenne im Basisgerät als die im Tag.

Die Datenmenge bestimmt den Funkstandard

Bei der Auswahl des Standards für die jeweilige Applikation spielt auch die zu übertragende Datenmenge zwischen Basisgerät und Transponder eine Rolle. Für größere Datenmengen, die auch mehr Zeit für die Übertragung beanspruchen, kann bei einer Speichergröße von einigen Kilobit der Standard ISO/IEC14443 von Vorteil sein, denn dieser erlaubt höhere Datenraten. Deshalb werden Geräte mit größerem Datenspeicher bis zu einigen Kilobyte hauptsächlich nach diesem Standard entwickelt. Für Transponder basierend auf ISO/IEC15693 ist die Speichergröße in der Regel auf einige hundert Byte beschränkt.

In der Praxis besteht ein RFID-System häufig aus der Basiseinheit (Schreib-/Lesegerät) und einem passiven Transponder (Tag) am Gerätezubehör. Damit lassen sich Betriebsdaten im Speicher des Tags auf dem Zubehörteil ablegen. Das ist sehr kostengünstig im Vergleich zu anderen Lösungen, da außer einer Antenne und dem Transponder-Chip für den Tag keine weiteren Komponenten benötigt werden.

 

Auf der nächsten Seite beschreibt der Beitrag die zugehörige Entwicklungsplatine und zeigt, was beim Antennen-Design zu beachten ist.

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