探索Tag-it HF-I Plus Transponder IC：特性、規(guī)格與應(yīng)用全解析

在電子科技飛速發(fā)展的今天，射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)憑借其高效、便捷的特性，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，德州儀器（Texas Instruments）的Tag-it HF-I Plus Transponder IC以其卓越的性能和豐富的功能，成為了工程師們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tongxin/rf/" target="_blank">RFID設(shè)計(jì)中的熱門選擇。作為一名資深電子工程師，我在硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，今天就帶大家深入了解這款芯片。

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芯片概述

基本信息

Tag-it HF-I Plus Transponder IC屬于德州儀器13.56 MHz產(chǎn)品家族，它基于ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)（用于非接觸式集成電路卡，即鄰近卡）和ISO/IEC 18000 - 3標(biāo)準(zhǔn)（用于物品管理）。該芯片為各種可用的嵌體形狀奠定了基礎(chǔ)，這些嵌體被用作消耗性智能標(biāo)簽，廣泛應(yīng)用于需要快速準(zhǔn)確識(shí)別物品的市場(chǎng)，如資產(chǎn)標(biāo)簽、電子票務(wù)、防偽、分銷物流和供應(yīng)鏈管理、建筑門禁徽章、快遞包裹遞送、航空公司登機(jī)牌和行李處理等。

工作原理

要使該芯片正常工作，需要一個(gè)帶有天線的閱讀器來(lái)向應(yīng)答器發(fā)送命令并接收其響應(yīng)。閱讀器的命令可以是尋址模式或非尋址模式，應(yīng)答器遵循“閱讀器先發(fā)言”原則，即在閱讀器發(fā)送請(qǐng)求之前不會(huì)傳輸數(shù)據(jù)。

功能特性

通信模式

• 下行鏈路通信：閱讀器與應(yīng)答器之間的通信采用ASK調(diào)制指數(shù)，范圍為10% - 30%或100%，數(shù)據(jù)編碼采用“1 out of 4”或“1 out of 256”的脈沖位置調(diào)制。
• 上行鏈路通信：根據(jù)ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)答器向閱讀器的通信可以通過(guò)一個(gè)副載波（ASK調(diào)制）或兩個(gè)副載波（FSK調(diào)制）實(shí)現(xiàn)。兩種模式（ASK和FSK）都可以在高或低數(shù)據(jù)速率下運(yùn)行，應(yīng)答器會(huì)以閱讀器詢問(wèn)的模式進(jìn)行響應(yīng)，并支持所有通信參數(shù)組合。此外，上下行鏈路采用幀同步和CRC校驗(yàn)和保護(hù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

唯一標(biāo)識(shí)符與防碰撞機(jī)制

每個(gè)Tag-it HF-I應(yīng)答器都有一個(gè)“唯一”地址（UID），存儲(chǔ)在兩個(gè)64位長(zhǎng)的塊中，這些塊在工廠進(jìn)行編程和鎖定。這個(gè)UID可以用于唯一地尋址每個(gè)應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)閱讀器與應(yīng)答器之間的一對(duì)一交換。同時(shí)，芯片還實(shí)現(xiàn)了防碰撞機(jī)制，允許同時(shí)讀取多個(gè)應(yīng)答器，并能夠在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)其唯一地址對(duì)大量應(yīng)答器進(jìn)行盤點(diǎn)。

額外功能

除了ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)定義的功能外，Tag-it HF-I Plus Transponder IC還支持一系列額外的特定功能，為客戶提供了更多的應(yīng)用靈活性。例如，每個(gè)用戶內(nèi)存塊都有一個(gè)額外的“工廠鎖定”位，允許在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行工廠鎖定；德州儀器還允許將庫(kù)存命令與其他命令組合使用，增加了系統(tǒng)的靈活性。

內(nèi)存組織

用戶數(shù)據(jù)通過(guò)非易失性EEPROM硅技術(shù)寫入和讀取到內(nèi)存塊中。每個(gè)塊都可以由用戶單獨(dú)編程，并可以鎖定以保護(hù)數(shù)據(jù)不被修改。一旦數(shù)據(jù)被“鎖定”，就無(wú)法再更改。用戶內(nèi)存為2 kbit，組織成64個(gè)塊，每個(gè)塊32位。同時(shí)，芯片支持兩級(jí)塊鎖定：用戶單獨(dú)鎖定（U）或在制造過(guò)程中對(duì)工廠編程數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)鎖定（F）。

命令集

該芯片的命令集包括ISO 15693強(qiáng)制命令、可選命令以及德州儀器自定義命令。例如，庫(kù)存命令（Inventory）用于識(shí)別和讀取應(yīng)答器的信息；讀取單塊命令（Read_Single_Block）用于讀取單個(gè)內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)；寫入單塊命令（Write_Single_Block）用于向單個(gè)內(nèi)存塊寫入數(shù)據(jù)等。在使用寫和鎖定命令時(shí)，需要將ISO 15693定義的請(qǐng)求標(biāo)志的選項(xiàng)標(biāo)志（位7）設(shè)置為1，并在閱讀器發(fā)送幀結(jié)束（EOF）以請(qǐng)求應(yīng)答器響應(yīng)之前，確保編程時(shí)間不少于10 ms。

規(guī)格參數(shù)

電氣規(guī)格

• 絕對(duì)最大額定值：包括天線輸入電流（最大10 mA）、天線輸入電壓（最大10 V）、存儲(chǔ)溫度（-40°C - 125°C）、結(jié)溫（最大150°C）和ESD抗擾度（HBM模式下ANT1、ANT2、TDAT、GND引腳為3.0/2.0 kV）。
• 推薦工作條件：工作溫度范圍為 -40°C - 85°C，載波頻率為13.56 MHz，天線輸入電壓在未調(diào)制載波頻率下為2.5 V - Vlim，LC電路阻抗為6.5 kΩ - 15.5 kΩ。
• 電氣特性：輸入電容為2.4 pF，工作電源電流最大為50 μA，上行鏈路調(diào)制指數(shù)為0.1 - 0.3，限幅器鉗位電壓最大為10 V，數(shù)據(jù)保留時(shí)間在55°C下為10年，寫入和擦除耐久性在25°C下為100 000次循環(huán)。

機(jī)械規(guī)格

• 晶圓規(guī)格：晶圓直徑為200 mm ± 0.3 mm（8英寸），厚度為711 μm，劃線寬度為110 μm，襯底電氣連接為VSS電位，每個(gè)晶圓的完整管芯數(shù)量為16422個(gè)。不同型號(hào)的晶圓在研磨、切割后的厚度有所不同。
• 管芯規(guī)格：天線焊盤和測(cè)試焊盤的尺寸、位置有明確規(guī)定，鍵合焊盤的金屬化材料為ALCu 0.5%，厚度為0.95 μm，管芯尺寸（包括劃線）為1406 1226 μm ± 15 μm，（不包括劃線）為1296 1116 μm ± 15 μm，頂面鈍化材料為SiNi，厚度為1.1 μm。
• 凸塊規(guī)格：凸塊材料為NI覆蓋AU（化學(xué)工藝），高度為25 μm ± 10%或20 μm ± 3 μm，硬度大于HV 450或HV 35 - 80，表面粗糙度小于1 μm或小于3 μm，剪切強(qiáng)度大于150 cN或大于290 cN。

運(yùn)輸、包裝與存儲(chǔ)

批次定義與晶圓標(biāo)識(shí)

一批晶圓是指在假定均勻條件下從同一擴(kuò)散批次生產(chǎn)的一定數(shù)量的晶圓，偶爾一批等于25個(gè)晶圓。每個(gè)晶圓都通過(guò)激光標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)識(shí)，有兩個(gè)標(biāo)記，分別遵循特定的命名規(guī)則，并且晶圓映射文件與晶圓ID相關(guān)聯(lián)。

包裝方式

• 晶圓包裝：晶圓被包裝在晶圓運(yùn)輸盒中，最多可裝25個(gè)晶圓，該盒子被放置在帶有硅膠的防靜電防潮袋中，然后再放入雙層紙箱中。
• 切割晶圓包裝：切割后的晶圓安裝在箔片上，并放置在標(biāo)準(zhǔn)8英寸圓盤晶圓框架上。多個(gè)切割晶圓可以使用特殊塑料容器存儲(chǔ)，最多可裝25個(gè)，同樣放置在帶有硅膠的防靜電防潮袋和雙層紙箱中；單個(gè)切割晶圓則使用特殊塑料容器存儲(chǔ)，然后放在防靜電防潮袋和紙箱中。

條形碼標(biāo)簽與存儲(chǔ)條件

條形碼標(biāo)簽貼在包裝盒、晶圓容器和帶有映射文件的CD上。晶圓在存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)保持原包裝，存儲(chǔ)溫度為20°C ± 5°C，環(huán)境為干燥的N2或濕度為40% - 60%的干燥空氣，存儲(chǔ)時(shí)間最長(zhǎng)為6個(gè)月。

注意事項(xiàng)

法規(guī)與安全

RFID系統(tǒng)屬于射頻傳輸設(shè)備，因此受國(guó)家和國(guó)際法規(guī)的約束。在銷售任何此類設(shè)備或系統(tǒng)之前，必須從相關(guān)審批機(jī)構(gòu)獲得設(shè)備授權(quán)。同時(shí)，所有操作Tag-it HF-I Plus Transponder IC的人員都必須遵守基本安全規(guī)定和本文件中概述的安全預(yù)防措施。

保修與責(zé)任

德州儀器的“銷售和交付通用條款”適用。如果因不當(dāng)使用、未經(jīng)授權(quán)的組裝和操作、使用有缺陷的安全設(shè)備、未遵守本文件中的說(shuō)明、未經(jīng)授權(quán)的更改、監(jiān)測(cè)不足或不可抗力等原因?qū)е碌漠a(chǎn)品缺陷、人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失，保修和責(zé)任索賠將無(wú)效。

靜電放電危害

電子設(shè)備可能會(huì)被靜電能量破壞，因此在處理芯片時(shí)必須采取防靜電措施。

Tag-it HF-I Plus Transponder IC憑借其豐富的功能、嚴(yán)格的規(guī)格和完善的包裝存儲(chǔ)方案，為RFID應(yīng)用提供了可靠的解決方案。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮其特性和注意事項(xiàng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。