Circuit du système RFID

Circuit du système RFID

Tag (ou Étiquette)

Le tag est extrêmement discret par sa finesse, sa taille est réduite (quelques centimètres), et sa masse est très petite. Grâce à son coût devenu faible, on peut envisager de l’utiliser en nombre, voire de le rendre jetable, bien que la réutilisation soit plus « écologiquement correcte ». Les dispositifs passifs, ne nécessitent aucune source d’énergie en dehors de celle fournie par le lecteur au moment de leur interrogation. Pour activer le tag, le lecteur doit envoyer un signal d’interrogation de puissance suffisante selon un protocole particulier auquel répond le tag. L’une des réponses les plus simples possibles est le renvoi d’une identification numérique, par exemple le tag du standard EPC-96 utilise 96 bits. Une table ou une base de données peut alors être consultée pour assurer un contrôle d’accès, un comptage ou un suivi donné sur une ligne de montage, ou une autre action spécifique [3]. Il n’ y a pas encore si longtemps, la lecture des puces passives était limitée à une distance de quelques mètres, mais maintenant, grâce aux technologies utilisées, notamment la technologie CMOS faible consommation, dans les systèmes de communication en champ lointain, cette distance peut dépasser facilement la dizaine de mètres [14][15].

Système RFID en champ lointain

Contrairement aux systèmes à champ proche, les systèmes RFID en champ lointain ont la capacité de transmettre des informations entre le lecteur et le tag par les ondes électromagnétiques et donc sur des distances beaucoup plus grandes, qui peuvent dépasser la dizaine de mètres. Le lecteur transmet de l’énergie au tag, une partie de cette énergie est reçue et absorbée par le tag pour s’auto alimenter alors qu’une autre partie est réfléchie par l’antenne du tag. Grâce à une commutation électronique réalisée par le chip RFID, l’antenne du tag voit une commutation de charge ce qui modifie le niveau du signal réfléchi par le tag. C’est cette opération appelée « backscaterring » (ou rétromodulation) qui permet la communication des données du tag vers le lecteur. Les systèmes RFID en champ lointain fonctionnant aux fréquences typiquement supérieures à 100 MHz, la plupart du temps en bande UHF (Ultra High Frequency) comme 868 MHz, 915 MHz ou 955 MHz ou les bandes ISM à 5.8 GHz ou 2.45 GHz. La distance de lecture pour les systèmes RFID en champ lointain est affectée par la densité de l’énergie reçue par le tag et la sensibilité du lecteur pour le signal réfléchi à partir de l’étiquette.

Régulations des fréquences

Comme pour tout système radio, les systèmes RFID doivent obéir à des règles comme l’allocation des fréquences et la puissance autorisée. Ils n’utilisent que les fréquences allouées aux applications industrielles, scientifiques ou médicales appelées bandes ISM (Industrial Scientifc Medical). Ces bandes de fréquences sont libres. L’inconvénient majeur réside dans le fait que de nombreuses autres technologies les utilisent. Nous présentons ici, les différentes bandes de fréquence utilisées en RFID
• Basses Fréquences (BF) et Hautes Fréquences (HF) Les fréquences comprises entre 120-135 KHz sont appelées Basses Fréquences ou dans la littérature anglo-saxonne LF pour Low Frequency. Utilisant le champ magnétique proche, elles permettent d’avoir une portée de l’ordre de quelques centimètres à un mètre. Les caractéristiques physiques des tags BF font d’eux des candidats idéaux pour être supportés partout type de matériaux : textiles, plastiques, etc. La fréquence 13,56 MHz appartient aux Hautes Fréquences ou HF pour High Frequency. Utilisant également le champ magnétique proche, elle est couramment utilisée avec des étiquettes au format carte à puce (smart card), par exemple dans les bibliothèques (entrées/sorties des livres, inventaire, emplacement), ou pour le contrôle d’accès, avec des distances de lecture de l’ordre de quelques centimètres à un mètre.
• Ultra Hautes Fréquences (UHF) et Micro-ondes Les bandes de fréquences 0,86-0,96 GHz et 2,4-2,5 GHz appartiennent à la famille UHF. Cependant pour les distinguer, il est d’usage d’utiliser le terme UHF pour les systèmes fonctionnant aux alentours de 0,9 GHz et d’appeler fréquences micro-ondes la bande proche de 2,4 GHz. Dès lors que l’application nécessite de grandes distances de lecture ou un débit d’information important, ce sont les systèmes RFID fonctionnant en UHF ou micro-ondes qui sont choisis. La communication entre les antennes de l’émetteur et du récepteur ne se fait alors plus par couplage magnétique mais par propagation électromagnétique. L’inconvénient avec le principe de propagation des ondes électromagnétiques est que le système devient plus sensible aux perturbations (proximité de liquide ou de métaux) qu’avec le phénomène de couplage magnétique. Il existe également d’autres bandes de fréquences moins utilisées, par exemple les fréquences allant de 5,7 à 5,8 GHz ou encore la fréquence 0,433 GHz. En figure 1.11, est donné le spectre des différentes fréquences les plus utilisées.

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Table des matières

Dédicace
Remerciment
Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des Figures
Liste des Tableaux
Liste des Abréviations
Introduction générale
Chapitre I : La technologie RFID
I.1 Introduction
I.2 Histoire de la technologie RFID et comparaison entre les technologies de l’identification disponibles
I.2.1 Historique
I.2.2 Code à barres et RFID
I.2.2.1 Code à barres
I.2.2.2 RFID
I.3 L’hiérarchie et les régulations du système RFID
I.3.1 Composants fondamentaux du système RFID
I.3.1.1 Lecteur
I.3.1.2 Tag (ou Étiquette)
I.3.1.3 Le middleware RFID
I.3.2 Classement des systèmes RFID
I.3.2.1 Le classement par la méthode de l’alimentation
I.3.2.2 Le classement par la programmation de la puce
I.3.2.2.1 Le tag à écriture unique (read-only – RO tag)
I.3.2.2.2 Le tag à écriture unique et lecture multiple (Write Once Read Multiple – WORM tag)
I.3.2.2.3 Le tag à écriture/lecture multiple (Read/Write – RW tag)
I.3.2.3 Classement par distance de communication
I.3.2.3.1 Système RFID en champ proche
I.3.2.3.1 Système RFID en champ lointain
I.3.3 Régulations des fréquences
I.3.4 Puissance autorisée
I.3.5 Les normes
I.4 La transmission
I.4.1 Transfert d’énergie
I.4.2 Communication entre lecteur et transpondeur
I.4.3 Technique de la modulation de charge
I.4.4 Mode de communication
I.4.4.1 Protocole TTF ou ITF
I.4.5 Les collisions
I.5 Performances du système
1.6 Les avantages de la technologie RFID dans la vie quotidienne
1.6.1 La RFID comme outil de paiement
1.6.2 La RFID dans les gestions de transport
1.6.3 La RFID et les documents d’identité
1.6.4 La RFID pour l’hôpital et l’implant RFID
1.6.5. La RFID pour tatouer les animaux domestiques et les logistiques
1.7 Les axes de recherche dans la technologie RFID
1.8 Conclusion
Chapitre II : Architecture d’antennes pour les tags RFID passifs
II.1 Introduction
II.2 Les paramètres fondamentaux d’une antenne
II.2.1 L’impédance
II.2.2 Le coefficient de réflexion et le coefficient de transmission
II.2.3 Électromagnétiques de RFID
II.2.4 Polarisation
II.2.5 La distance de lecture
II.3 La méthodologie de conception d’antenne des tags RFID UHF passif
II.3.1 Les contraintes pour la conception du tag RFID
II.3.1.1 La fréquence et la bande passante
II.3.1.2 La distance de lecture
II.4 Techniques d’adaptation d’impédance pour les tags RFID UHF passifs
II.4.1 T-match Structure
II.4.2 La boucle d’inductance à couplage mutuel
II.4.3 Structure de Nested-Slot
II.4.4 Structure Tip-loading
II.4.5 Dipôle replié
II.5 Simulation d’antennes des tags RFID UHF passif
II.5.1 Broad-band dipôle
II.5.1.1 Introduction
II.5.1.2 Conception de l’antenne
II.5.1.3 Simulation et résultats
II.5.1.3.1 Interprétation et comparaison entre les deux résultats
II.5.2 Étiquette du Dual-radiating-body RFID avec une directivité élevée
II.5.2.1 Simulation sous logiciel CST studio
II.5.3 Étiquette du micro ruban RFID pour l’opération de Sur-Métal
II.5.3.1 Conception de l’antenne
II.5.3.1.1 Simulation sous logiciel CST studio
II.6 CONCLUSION
Chapitre III : Simulation d’antennes tags commerciales
III.1 Introduction
III.2 Les antennes dipôles
III.2.1 Dipôles imprimés
III.2.2 La résistance de rayonnement
III.3 Techniques de réduction de la taille
III.3.1 Méandre Dipôle
III.3.2 Configurations Inverted-F
III.4 Classification des étiquettes de RFID basées sur l’application
III.5 Simulation et conception d’antennes tags RFID
III.5.1 Antennes proposées
III.5.2 Simulations des antennes par le logiciel CST
III.5.2.1 Résultats de simulation
III.6 Conclusion
Chapitre IV: Conception d’un système RF RFID passif
IV.1 Introduction
IV.2 Conception du système RF RFID
IV.2.1 Circuit du système RFID
IV.2.1.1 Conception du bloc modulateur d’un lecteur RFID
IV.2.1.1.1 Simulation d’une requête du lecteur
IV.2.1.2 Conception d’un tag RFID passif 900MHz
IV.2.1.2.1 conception de l’antenne
IV.2.1.2.2 Simulation du bloc redresseur
IV.2.1.2.2.1 Simulation du redresseur à diode simple
IV.2.1.2.3 Simulation du doubleur de tension
IV.2.1.2.4 Conception et simulation du bloc démodulateur
IV.2.1.2.5 Conception et simulation du bloc modulateur
IV.2.3 Synthèse du circuit RFID
IV.3 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie