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Funcionamiento básico de la RFID

Para entender los principios básicos de la identificación RFID hay que descomponer el más simple de los tags en sus bloques básicos de funcionamiento. La primera descomposición nos lleva dos elementos fundamentales, la antena y el chip.

La antena en un tag pasivo funciona captando la eneregía de las ondas radioeléctricas emitidas por el interrogador en una determinada frecuencia para la que es dimensionada, de tal forma que resuena esa frecuencia y capta las ondas de radio básicamente en esa frecuencia. Dependiendo de la frecuencia a la que estemos trabajando la antena será físicamente distinta, debido a que ha de acoplarse a determinadas longitudes de onda. Así, en LF la antena suele estar compuesta por bobinas con un elevado número de espiras realizadas con hilo esmaltado bobinado en anillos o bien sobre núcleos de ferrota, lo que permite unas menores dimensiones físicas de la antena, siendo el acoplamiento básicamente inductivo.

esquema de funcionamiento del acoplamiento magnetico de un tag con un lector rfid

En frecuencias más altas, HF y sobre todo UHF, el acoplamiento pasa a ser capacitivo. En HF con acoplamiento inductivo, las antenas están normalmente formadas por pequeñas bobinas de un corto número de espiras laminadas sobre un sustrato plano, normalmente de circuito impreso o plástico flexible, con espiras de láminas de cobre o de aluminio. este es el tipo de tag que se asocia a la norma ISO14443 de trajetas de proximidad.

En frecuencias UHF se trabaja siempre con acoplamiento por el campo eléctrico, con lo que normalmente estamos trabajando con antenas de tipo dipolo realizadas sobre sustratos plásticos en finas láminas de aluminio impreso, o incluso de tinta conductora. este tipo de antena presenta una determinada direccionalidad y polarización, por lo que a veces se usan varios dipolos o incluso antenas fractales para permitir la radiación con una cierta indepenencia de la orientación entre la antena del tag y la antena del interrogador. 

Para analizar el funcionamiento de la circuitería contenida en el interior del chip, podemos descomponerla a su vez en sus bloques básicos de funcionamiento, rectificación y almacenamiento de energía, oscilador y memoria serie, normalmente EEPROM y/o ROM y modulador.

Esquema simplificado oscilador tag rfidesquema simplificado de un chip memoria tag rfid

Conectado directamente a la antena aparece el primer bloque, un rdiodo de rectificación que alimenta un pequeño condensador. Tras recibir unos cuantos ciclos de onda, el rectificador logra almacenar en el condensador la energía suficiente para que entre en funcionamiento el siguiente bloque, un oscilador que proporciona pulsos a la frecuencia de modulación ( normalmente unos pocos kilociclos), este reloj alimenta con pulsos la línea de clock de la memoria serie, donde se ha almacenado el código de identificación corespondiente en forma de código manchester, un código binario serie sin componente de corriente continua, con lo que por la línea de datos de dicha memoria comienzan a aparecer los valores almacenados y así codificados que atacan a un modulador, que en su caso más sencillo es un transistor que pone en cortocircuito la salida de la antena, lo que provoca una gran absorción del campo electromagnético radiado por el interrogador, que es detectado por este dispositivo en base a un mayor consumo de la energía necesaria para radiar. Esta detección deviene en un código manchester que es decodificado por el interrogador proporcionando el número de identificación codificado en la memoria del chip.

código manchester usando en rfid

En el caso de chips más sofisticados, su circuitería permite la detección de una modulación enviada por el interrogador, modulación que nuevo alimenta la señal de datos de la memoria serie EEPROM para así grabar el código que se quiere que responda el chip ante detección de portadora sin modulación.

Finalmente, existen chips con mecanismos anticolisión, en los que inicialmente todos los tags emiten un número de identificación cuando reciben una señal no modulada del interrogador, éste modula la señal con esta la identificación del código del tag con el que quiere dialogar y los tags no emiten datos para modular el campo del interrogador hasta que se han recibido de él una señal modulada con un código que debe coincidir con el suyo.

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