探索NXP UCODE G2XM和G2XL：超高頻RFID芯片的卓越之選

在當(dāng)今的科技領(lǐng)域，超高頻（UHF）射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用。NXP Semiconductors的UCODE G2XM和G2XL芯片，作為該領(lǐng)域的佼佼者，為供應(yīng)鏈管理、物流追蹤等諸多應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。今天，我們就來深入了解一下這兩款芯片的特點(diǎn)、應(yīng)用及技術(shù)細(xì)節(jié)。

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一、芯片概述

UCODE G2XM和G2XL是NXP Semiconductors UCODE產(chǎn)品家族中的成員，專門為無源、智能標(biāo)簽和標(biāo)簽設(shè)計(jì)，支持EPCglobal Class 1 Generation 2 UHF RFID標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了UHF RFID技術(shù)在無源智能標(biāo)簽和標(biāo)簽中的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。這兩款芯片特別適用于需要數(shù)米操作距離和高抗沖突率的應(yīng)用場(chǎng)景，無需外部電源，通過與詢問器（閱讀器）的無線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 關(guān)鍵特性

• 內(nèi)存配置：G2XM擁有512位用戶內(nèi)存，此外，兩款芯片都具備240位的EPC內(nèi)存和64位標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符（TID），其中包含32位唯一序列號(hào)。
• 安全保護(hù)：提供內(nèi)存讀取保護(hù)功能，同時(shí)具備32位銷毀密碼和32位訪問密碼，分別用于永久禁用標(biāo)簽和進(jìn)入安全傳輸狀態(tài)。
• 功能指令：支持EAS（電子商品防盜）命令和校準(zhǔn)命令，增強(qiáng)了芯片的實(shí)用性。
• 頻率范圍：具有廣泛的國(guó)際工作頻率，從840 MHz到960 MHz，適應(yīng)不同地區(qū)的使用需求。
• 數(shù)據(jù)傳輸：前向鏈路數(shù)據(jù)速率為40 - 160 kbit/s，返回鏈路數(shù)據(jù)速率為40 - 640 kbit/s，保證了快速的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

• 高靈敏度與長(zhǎng)讀取范圍：芯片的高靈敏度特性使得其具有較長(zhǎng)的讀取范圍，能夠在較大的距離內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別標(biāo)簽。
• 低Q因子：在不同材料上都能保持一致的性能，減少了材料對(duì)標(biāo)簽性能的影響。
• 抗干擾能力強(qiáng)：具備出色的干擾抑制能力，能夠在多閱讀器環(huán)境中可靠運(yùn)行。
• 易于組裝：較大的輸入電容便于組裝，提高了組裝良率。
• 先進(jìn)的抗沖突技術(shù)：高度先進(jìn)的抗沖突算法，實(shí)現(xiàn)了最高的識(shí)別速度，適用于密集閱讀器和嘈雜環(huán)境。

2.3 自定義命令

• EAS報(bào)警：使UHF RFID標(biāo)簽無需后端數(shù)據(jù)庫即可用作EAS標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)快速、可靠的商品防盜功能。
• 讀取保護(hù)：保護(hù)所有內(nèi)存內(nèi)容（包括CRC16）不被未經(jīng)授權(quán)的讀取，確保數(shù)據(jù)安全。
• 校準(zhǔn)：激活永久反向散射，用于評(píng)估標(biāo)簽到閱讀器的性能。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

UCODE G2XM和G2XL芯片適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

• 供應(yīng)鏈管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的實(shí)時(shí)追蹤和監(jiān)控，提高供應(yīng)鏈的透明度和效率。
• 物品級(jí)標(biāo)簽：為單個(gè)物品提供唯一標(biāo)識(shí)符，便于管理和追溯。
• 資產(chǎn)管理：對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和管理，減少資產(chǎn)流失和浪費(fèi)。
• 集裝箱識(shí)別：快速準(zhǔn)確地識(shí)別集裝箱，提高物流運(yùn)輸效率。
• 托盤和箱跟蹤：實(shí)時(shí)跟蹤托盤和箱的位置和狀態(tài)，優(yōu)化物流流程。
• 產(chǎn)品認(rèn)證：確保產(chǎn)品的真實(shí)性和合法性，防止假冒偽劣產(chǎn)品的流通。

四、訂購(gòu)信息

五、芯片結(jié)構(gòu)

SL3ICS1002/1202 IC主要由三個(gè)主要模塊組成：

5.1 模擬RF接口

提供穩(wěn)定的電源電壓，對(duì)從閱讀器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，以便數(shù)字部分進(jìn)行處理。同時(shí)，模擬部分的調(diào)制晶體管將數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。

5.2 數(shù)字控制器

包含狀態(tài)機(jī)，處理協(xié)議并與EEPROM進(jìn)行通信，EEPROM中存儲(chǔ)著EPC和用戶數(shù)據(jù)。

5.3 EEPROM

存儲(chǔ)EPC和用戶數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。

其結(jié)構(gòu)框圖如下所示：

六、性能參數(shù)

6.1 極限值

6.2 特性參數(shù)

• 晶圓特性：包括EEPROM數(shù)據(jù)保留時(shí)間、寫入耐久性、總功耗、工作頻率、最小工作電源等參數(shù)，確保芯片在不同環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 封裝特性：如輸入電容和阻抗等參數(shù)，影響芯片與外部電路的匹配性能。

七、工作原理

7.1 功率傳輸

詢問器提供射頻（RF）場(chǎng)，為配備UCODE G2X的標(biāo)簽供電。天線將自由空間的阻抗轉(zhuǎn)換為芯片輸入阻抗，以獲取最大的功率。RF場(chǎng)在詢問器提供的工作頻率上振蕩，經(jīng)過整流后為IC的模擬和數(shù)字模塊提供平滑的直流電壓。

7.2 數(shù)據(jù)傳輸

• 閱讀器到G2X鏈路：詢問器通過調(diào)制840 MHz - 960 MHz頻率范圍內(nèi)的RF信號(hào)將信息傳輸?shù)経CODE G2X，標(biāo)簽從該RF信號(hào)中獲取信息和工作能量。
• G2X到閱讀器鏈路：詢問器向標(biāo)簽發(fā)送連續(xù)波RF信號(hào)，G2X通過調(diào)制其天線的反射系數(shù)來響應(yīng)，產(chǎn)生調(diào)制邊帶，將信息信號(hào)反向散射回詢問器。

7.3 操作距離

需要注意的是，這些讀取距離是一般標(biāo)簽和標(biāo)簽的最大值，實(shí)際可用值可能會(huì)因物體材料和環(huán)境條件的影響而降低。

7.4 空中接口標(biāo)準(zhǔn)

G2X芯片符合EPCglobal 1.0.9標(biāo)準(zhǔn)，并完全支持“Specification for RFID Air Interface EPCglobal, EPCTM Radio - Frequency Identity Protocols, Class - 1 Generation - 2 UHF RFID, Protocol for Communications at 860 MHz - 960 MHz, Version 1.1.0”的所有部分，確保了芯片的兼容性和互操作性。

八、物理層和信號(hào)處理

8.1 閱讀器到G2X通信

• 物理層：詢問器到G2X的鏈路調(diào)制遵循特定的規(guī)范，具體可參考相關(guān)文檔的附件部分。
• 調(diào)制方式：詢問器使用雙邊帶幅度鍵控（DSB - ASK）、單邊帶幅度鍵控（SSB - ASK）或相位反轉(zhuǎn)幅度鍵控（PR - ASK），并采用脈沖間隔編碼（PIE）格式將信息發(fā)送到G2X。
• 數(shù)據(jù)編碼：采用PIE編碼，相關(guān)的參考時(shí)間間隔（Tari）定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間基準(zhǔn)。
• 數(shù)據(jù)速率：詢問器應(yīng)使用6.25 μs - 25 μs之間的Tari值進(jìn)行通信，推薦使用6.25 μs、12.5 μs或25 μs的Tari值。

8.2 G2X到閱讀器通信

• 調(diào)制方式：UCODE G2X通過反向散射調(diào)制RF載波的幅度和/或相位來傳輸信息，詢問器應(yīng)能夠解調(diào)這兩種調(diào)制類型。
• 數(shù)據(jù)編碼：根據(jù)詢問器的命令，選擇FM0基帶或米勒調(diào)制子載波進(jìn)行編碼。
• 數(shù)據(jù)速率：G2X IC支持標(biāo)簽到詢問器的特定數(shù)據(jù)速率和鏈路頻率。

8.3 鏈路時(shí)序

詢問器與配備UCODE G2X的標(biāo)簽進(jìn)行交互時(shí)，需要滿足精確的鏈路和響應(yīng)時(shí)序要求，包括再生時(shí)間、啟動(dòng)時(shí)間和持久時(shí)間等。

8.4 位和字節(jié)排序

所有R => T和T => R通信的傳輸順序遵循特定的約定，即每個(gè)消息中最重要的字先傳輸，每個(gè)字中最重要的位（MSB）先傳輸。

8.5 數(shù)據(jù)完整性

G2X會(huì)忽略無效命令，“無效”命令包括不符合當(dāng)前狀態(tài)、不被支持、參數(shù)錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤等情況。同時(shí)，芯片使用CRC - 16和CRC - 5進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

九、標(biāo)簽選擇、庫存管理和訪問

詢問器可以使用選擇、庫存管理和訪問三種基本操作來管理UCODE G2X標(biāo)簽群體，具體如下：

9.1 選擇操作

詢問器使用一個(gè)或多個(gè)選擇命令選擇特定的標(biāo)簽群體進(jìn)行庫存管理和訪問。

9.2 庫存管理操作

詢問器通過在四個(gè)會(huì)話之一中發(fā)送查詢命令開始庫存管理輪次，一個(gè)或多個(gè)G2X可能會(huì)回復(fù)，詢問器檢測(cè)到單個(gè)G2X的回復(fù)后，請(qǐng)求芯片的PC、EPC和CRC - 16。

9.3 訪問操作

詢問器與單個(gè)G2X進(jìn)行交易（讀取或?qū)懭耄?，在訪問之前必須唯一標(biāo)識(shí)該G2X。訪問操作包括多個(gè)命令，其中一些命令采用基于一次性密碼的R => T鏈路覆蓋編碼。

十、自定義命令詳解

10.1 ReadProtect

該命令用于對(duì)整個(gè)G2X內(nèi)存進(jìn)行可靠的讀取保護(hù)。在安全狀態(tài)下執(zhí)行ReadProtect命令將設(shè)置ReadProtect位為'1'，此時(shí)部分命令將被禁用，標(biāo)簽將僅對(duì)防沖突命令做出響應(yīng)，并返回零作為EPC和CRC - 16內(nèi)容（除PC/密碼外）?？梢酝ㄟ^執(zhí)行Reset ReadProtect命令來移除讀取保護(hù)。

10.2 Reset ReadProtect

允許詢問器重置ReadProtect位，并根據(jù)EPCglobal規(guī)范重新啟用對(duì)G2X內(nèi)存內(nèi)容的讀取。該命令需要在開放或安全狀態(tài)下執(zhí)行，并且需要滿足一定的條件才能成功。

10.3 ChangeEAS

使配備G2X的RFID標(biāo)簽具備獨(dú)立的EAS報(bào)警功能。通過設(shè)置EAS - Alarm位為'1'，標(biāo)簽可以在不使用選擇或查詢命令的情況下，對(duì)EAS_Alarm命令進(jìn)行響應(yīng)，反向散射64位報(bào)警代碼。該命令只能在安全狀態(tài)下執(zhí)行。

10.4 EAS_Alarm

當(dāng)EAS - Alarm位設(shè)置為'1'時(shí)，該命令將使G2X立即反向散射EAS報(bào)警代碼，無需選擇、查詢，也不需要后端數(shù)據(jù)庫。

10.5 Calibrate

執(zhí)行該命令后，G2X將在無限循環(huán)中連續(xù)反向散射用戶內(nèi)存內(nèi)容（G2XL將連續(xù)反向散射零），可用于頻譜測(cè)量。該命令只能在安全狀態(tài)下，且設(shè)置了非零訪問密碼時(shí)執(zhí)行。

十一、總結(jié)

NXP的UCODE G2XM和G2XL芯片以其豐富的特性、出色的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為UHF RFID技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。無論是在供應(yīng)鏈管理、物流追蹤還是資產(chǎn)監(jiān)控等方面，這兩款芯片都能發(fā)揮重要作用。作為電子工程師，我們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用這兩款芯片，同時(shí)要充分考慮芯片的特性和工作原理，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似芯片的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。