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Überblick RFID-ICs

Mit RFID ins »Internet der Dinge«

3. Dezember 2013, 8:37 Uhr | Wolfgang Hascher

Die RFID-Tags und die dazugehörigen Funksysteme der Schreib-/Lesegeräte sind seit langem in der Logistik, der Zugangskontrolle und bei Bezahlsystemen eingeführt. Nun jedoch stehen die nächsten Schritte an, nämlich mit der Implementierung der RFIDs in die vielen „Smart“-Konzepte, die derzeit am Emporkommen sind, beispielsweise „Smart Production“ mit moderner Materialfluss-Steuerung. Und letztlich steht mit „Smart Dust“ der Übergang in ein wirkliches „Internet der Dinge“ am Technologie-Horizont. Hier einiges rund um diesen gesamten Technik-Sektor.

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RFID-Chips und -Etiketten kommen in der Prozessteuerung, der Qualitätssicherung, der Warenlogistik, der Just-in-Time-Fertigungssteuerung, im Gesundheitsbereich, der Automobil-Infrastrukturtechnik, in der Gepäckbearbeitung und allgemein in der Produktauthentifizierung zur Anwendung. Im Zuge von „Smart“-Anwendungen wie beispielsweise „Smart Home“-Applikationen finden sich aber auch technisch hochinteressante Applikationen im Bereich der Zugangskontrolle, der Energiesteuerung und des Einbruchs- und Diebstahlschutzes.

Ein weiter stark zunehmender Anwendungsbereich ergibt sich mittlerweile in Form von Bezahlsystemen, die per Smart Card oder Mobiltelefon Finanztransaktionen realisieren und so z.B. an Automaten, in Bussen oder Straßenbahnen das umständliche Bezahlen mit Kleingeld ersparen. Auch der Sektor der Fälschungserkennung gewinnt im Rahmen von Aktivitäten gegen Produktpiraterie immer größere Bedeutung, denn es ist Fälschern praktisch unmöglich, verschlüsselte Codierungen aus Software-/Transponder-Kombinationen zu duplizieren.

Ein wichtiger Bereich ist derzeit aber erst am Technologie-Horizont zu erkennen: RFID im Zeitalter des „Internet of Things“. Technisch ist hier noch viel zu lösen, vor allem in Bezug auf sichere Kommunikation, doch die Ansätze sind gemacht. Denn warum sollten RFID-Etiketten an Dingen irgendwelcher Art nicht via Mobilfunk-Gateways und IPv6-Protokollen auch weltweit vernetzt werden können?

Letztlich kann man mit der RFID-Technik autonome Systeme entwickeln, die selbstständig reagieren, entscheiden und „Schwarm-Intelligenz“ durch Kommunikation untereinander entwickeln können. Selbst mit der Kurzstrecken-Funktechnik ZigBee ausgerüstete Gegenstände (Schalter, Hausautomatisierungs-Anlagen usw.) können bereits mit entsprechenden Gateways in ein Internet der Dinge eingebunden werden. Eine Basis all dieser Entwicklungen sind die derzeit aktuellen RFID-Chips.

Mini-Format für 13,56 MHz

Murata hat eines der kleinsten RFID-Tags für das HF-Band herausgebracht. Das winzige Element des Typs LXMS33HCNG-134 misst nur 3,2 × 3,2 × 0,7 mm 3 (Bild 1) und nutzt das 13,56-MHz-Band, welches auch bei kontaktlosen IC-Karten zum Einsatz kommt. Mit Hilfe mehrlagiger Substrat-ebenen und eines ausgeklügelten Aufbaus ist es bei diesem Tag gelungen, die Antenne in das Keramiksubstrat zusammen mit dem Chip einzubetten. Das Tag entspricht dem ISO-Standard 15693 und kann mit allen Lese- und Schreibgeräten eingesetzt werden, die ebenfalls nach dieser Norm arbeiten.

Das Produkt ist für die meisten Einsatzumgebungen, so zum Beispiel für hohe Temperaturen und hohe Feuchtigkeit, geeignet und kommt deshalb für ein umfangreiches Spektrum von Geräte- und Objektverfolgungs-Applikationen sowie Zertifizierungs- und Authentifizierungszwecke in Frage. In Verbindung mit einem Lese-/Schreibgerät mit einer Leistung von 200 mW kommt das RFID-Tag auf eine typische Lesedistanz von 15 mm.

Auch im Mini-Format: HID Global erweitert sein Spektrum an Glas-Transpondern im Mini-Format für industrielle Anwendungen um einen Typ mit 1,4 mm Durchmesser und 8 mm Länge. Mit einem Gewicht von 0,03 Gramm zählt der Glastransponder zu den kleinsten dieser Art, die es in Versionen für 134,2 kHz und 13,56 MHz gibt. Diese RFID-Transponder (Bild 2) erfüllen die Normen ISO 11784, ISO 11785 und ISO 14223 und sind mit Speicherkapazitäten von 64 bit (read only) bis 2.048 bit (read/write) erhältlich.

UCODE 7: Auf allen Kontinenten nutzbar

NXP Semiconductors, ein RFID/NFC-Promoter der ersten Stunde, hat einen ganz neuen UHF-RFID-Chip (Bild 3) auf Basis von UCODE 7 vorgestellt. UCODE 7 ist eine EPC-GEN2-Spezifikation für passive RFID-Etiketten und -Tags, die auf der ganzen Welt für verschiedene UHF-Frequenzen eingesetzt werden können. Dank ihrer erhöhten Empfindlichkeit schaffen UCODE-7-Chips (Lesen: -21 dBm; Schreiben: -16 dBm) deutlich größere Leseentfernungen als übliche UHF-RFID-Chips.

Dadurch können Hersteller und Händler viel kleinere Artikel mit Tags versehen, zumal die Kantenlänge der Chips gerade 0,5 mm beträgt; sie besitzen auf der Unterseite Pads zum Kontaktieren mit einer geeigneten gedruckten Antennenstruktur. Und durch die Encoding-Übertragungs-geschwindigkeit von 16 bit/ms sind auch in kürzester Zeit größere Stückzahlen von Chips bzw. Tags verarbeitbar, was den Durchsatz in Lese-/Schreibstationen erhöht. Ein EPC-Eintrag kann bis zu 128 bit lang sein, eigene Speicherbereiche sind dann noch für eine eindeutige ID, eine Access-Passwort und eine Seriennummer vorgesehen.

Der HF-Zugang zu den Chips ist zwischen 850 und 950 MHz spezifiziert, wobei die Standard-Frequenz in Europa bei 868 MHz liegt, in den USA werden z.B. 915 MHz verwendet. Dauerhaft deaktivierbar ist der Chip durch einen 32-bit-Kill-Befehl. Der Hersteller garantiert für die gesamte RFID-Elektronik eine Lebensdauer von 100.000 Schreibzyklen.

Natürlich sind auch die anderen Halbleiterhersteller am RFID-Markt mit dabei, so z.B. Texas Instruments mit den „Tag-itHF-I“-Transpondern (13,56 MHz) oder mit den RF-430-Typvarianten, die eine aufwendige Schnittstellen-Elektronik besitzen und sogar - je nach Typ - den Übergang in Bluetooth- oder WiFi-Netze erlauben. Diese Transponder sind schon fast als Logger zu bezeichnen, da sie auch A/D-Wandler beherbergen. Im Programm auch die Typen TRF796xA/TRF7970A, die auf 13,56 MHz arbeiten und für Datenaustausch-intensive Applikationen wie z.B. für die Zugangskontrolle geeignet sind. Eine aufwendige Mikrocontroller-Elektronik macht auch hier sehr spezifische Applikationen möglich.

Ähnlich die Typen RF430FRL15xH, die nach ISO 15693 arbeiten und demzufolge für industrielle 13,56-MHz-Sensor-Applikationen (hier kommt schon das Internet der Dinge ins Spiel) gedacht sind. Texas Instruments hat für alle diese Chip-Varianten umfassende Entwicklungsunterstützung und nicht zuletzt die NFCLink-Software mit ausgefeilten Applikationsbeispielen verfügbar.

Auf 13,56 MHz ausgerichtet sind auch einige Produkte von Infineon. Beispielsweise die my-d-Vicinity-/Proximity-Chips nach ISO 18000-3 (Vicinity-Applikationen, Lesedistanzen im 1-m-Bereich) bzw. ISO/IEC 14443 (Proximity, rund 10 cm Lesedistanz). Sie bieten je nach Typvariante unterschiedliche Speicherversionen an und sind für Objektkennzeichnung und Ticketing-Zwecke (Bild 4) prädestiniert.

Im Programm bei Atmel finden sich ebenfalls Transponder der unterschiedlichen Arten, beispielsweise für 100...150 kHz in verschiedenen Versionen und auch aktive Transponder, die mit eigener Batterie arbeiten und entsprechend höhere Arbeitsdistanzen erreichen.