AND9209/D Chameleontテクノロジによる 低コストの無電源ワイヤレス・セ ンサの実現

© Semiconductor Components Industries, LLC, 2016

April, 2016 − Rev. 3

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AND9209JP/D

AND9209/D

Chameleontテクノロジによる コストのワイヤレス・セ ンサの ¹

はじめに

Magnus^®−SのICファミリをしたオン・セミコ ン ダ ク タ ーの ワイヤ レ ス ・ セ ン サは 、

Chameleonテクノロジとばれるのセルフ

・チューニング$を%しています。オンチップ のアナログ)*+,-をしたChameleonテク ノロジは、ICの./インピーダンスを12に3 し、タグがアクセスされるたびに、タグを4 な5 6でチューニングします。

789のICをベースとするセンサ・タグは、さま ざまな;2<、=に>?や@へのAによって BがCDするおそれがあります。このような<

により、タグのアンテナのインピーダンス=BがE Fすることがあります。タグのセンサICのインピー ダンスがGHIであるJKは、ICとアンテナでイ ンピーダンスL3KがMじ、タグのBがCDしま す。

Chameleonテクノロジによるワイヤレス・センサ

の ワイヤ レ ス ・ セ ン サは 、 アン テ ナと Magnus−Sセンサ・ダイでNOされたRFIDタグです (Figure 1)。Magnus−Sダイには、アンテナ・ポートと EPCt Class−1 Gen2 RFIDエ ン ジ ンで$す る、チューニング・コンデンサのバンクが%され ています(Figure 2)。Chameleonエンジンは、コンデ ンサを-UにVめるか;するかをWりXえるこ とにより、./インピーダンスを12に3して、

RFIDエンジンにYされる/を4Zに[やしま

す。Magnus−Sダイにはコンデンサ・バンクがあり、

チューニングHIに\]する5ビットのセンサ・

コードで`されるabcが32とおりdeさ れています。センサ・コードには、fg2なGen2の READコマンドをidしてMagnus−S ICからアクセス できます。

センサ・コードは、タグ・アンテナのインピーダ ンスのjkをlYします。タグmりでアンテナ のインピーダンスがEFしたJKは、センサ・コー ドもEFします。これは、Chameleonエンジンがn タグをみmるopで、アンテナのインピーダンス が3Kするように、コンデンサ・バンクをqrさせ るからです。センサ・コードのEFは、アンテナ・

インピーダンスのEFをします。つまり、センサ

・コードはアンテナstのEFをuvします。

stUのEFにqしてwの56でrするよう にタグ・アンテナをしておくと、センサ・コー ドはstUのEFをxFされたyHIとして`

することができます。dz、タグはセンサ・コー ドに{づきワイヤレス・パッシブ・センサとして$

できます。

Figure 1. Battery Free Wireless Sensor Consisting of an Antenna and Magnus−S Die

Tag

EPC Class−1 Gen2 UHF RFID Engine

Chameleon Engine

Antenna

Magnus−S

Figure 2. Magnus−S Die with EPC Class−1 Gen2 RFID Engine and Adaptive Front End Called

the Chameleon Engine EPC Class−1 Gen2 UHF RFID Engine

Control Logic Antenna P

Magnus−S

Variable Capacitance

Antenna N

1ここですると はのものであ

り、オン・セミコンダクターはこれらのやにす るはいません。オン・セミコンダクターは、 した Magnus−SデバイスおよびChameleonエンジンの#や$%

を、いつでも&'なく()することがあります。

APPLICATION NOTE

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Chameleonエンジンをセンサとしてidする56

を、Figure 3にす€タグをにとって‚しま

す。このタグは2なメアンダbダイポール・ア ンテナに、„Nコンデンサを…して†Oされてお り、センシング‡をNOします。Figure 4にˆ‰が

Š‹したbcのセンシング‡をします。Figure 5 に、fg2なEPCのREADコマンドをidしてfg 2なRFIDリーダでみmったセンサ・コードをし ます。このワイヤレス・センサがˆ‰のŒ

をaŽにすることは‚らかで す。

Figure 3. A Capacitance-Based Battery Free Wireless Moisture Sensor

Figure 4. A Water Droplet Applied to the Sensor Capacitor of the Moisture Sensing Tag

Figure 5. Sensor Code Movement Indicating the Presence of the Water Droplet

10

Frequency (MHz)

Sensor Code ¹⁵

20 25 30

903.25 904.25 905.25 906.25 907.25 908.25 909.25 910.25 911.25 912.25 913.25 914.25 915.25 916.25 917.25 918.25 919.25 920.25 921.25 922.25 923.25 924.25 925.25 926.25 927.25

で"#

Magnus−S ICをidすると、`opでまだ‘dでき ないCコストで/のい’“なパッシブ・センサ を`できます。78のGen2パッシブ・タグと”

•、ワイヤレス・センサはアンテナに1–の ICをmりŠけた†Oを—dしており、…˜は™

ありません。したがって、センサのコストは、š

のGen2パッシブ・タグと” kまでC›できます。

さらに、ワイヤレス・センサはバッテリを™

としないので、メンテナンス・フリーで す。

ワイヤレス・センサをidすると、78は d2なソリューションが‘dできなかったž!

で、センサ・ベースのŸ"$をある k`でき るようになります。えば、# にCいコスト、

ワイヤレス・アクセス、$Zな¡のタグ、メンテナ ンス・フリーの¢£、%¤9または&9フォーム・

ファクタなどです。

Magnus−SはEPC Class−1 Gen2'§を¨dすること で、aŽに.©できると”oにªく«.されている wŒのCコストUHF RFID$¬をidして、­®パ ッシブ9のワイヤレス・センシング$を`しま す。

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www.onsemi.jp 3 システムの&'()

Magnus−S ICをidするワイヤレス・センサ

にとって(な)は、stE¡をインピーダンス のEFにE¯するアンテナのです。その°、

ChameleonエンジンはインピーダンスのEFを

してセンサ・コードにE¯し、アンテナ・インピー ダンスをダイ・インピーダンスに12に3Kさせる ことができます。

4も{±2なžでは、アンテナは²³/インダク タ/コンデンサ(RLC)からなるチューニング-とし て1´します。これらのいずれか、または3つのO

žのµeの*みKわせを¨dすると、アンテナがs tをするようにHできます。

センサの+は¶,2メカニズムを,¹し、

アンテナ・インピーダンスのEFがメカニズムに4 Zにºわるように、アンテナをする™があ ります。¶,メカニズムの¡は±-2には»な ので、をdいて‚するのが4も.¼でしょう。

Figure 3のセンサは、タグを/に½らしたˆがŒ

することをyHによってします。ˆの0¾ は4Z180と# にZきなもので、コンデンサが¿

いているか½れているかにrじて、„Nコンデンサ のaはZきくEFします。コンデンサにŠ‹

しているˆのにrじてダイポール・アンテナのイ ンピーダンスがEFし、Chameleonエンジンはこの EFを、Œするˆのをすセンサ・コードにE

¯します。そのJK、センサ・コードはタグにŠ‹

しているˆのをすÀÁをÂたします。

に、stのÃ2をÄける=BをÅつÆÇをi dするか、È6の¶,2EFをidすることによっ て、インダクタンスとaをべることができ ます。²³ÉÊがZきくなるとタンク-のËÌÍ Î¡がz5に31するということを¨dして、²³ Iをべることができます。インダクタンスまたは aをidする‘pは、これらのメカニズムが にみmり4ÏにÃ2をÐえないことです。²

³IのEFをべると、²³で/がÑ5されるた め、タグのみmり4Ïがある kÊわれることに なります。

*+,

Chameleonエンジンは、インピーダンスを5ビット

ž6でされる¡IにE¯するアナログ/デジタル

・コンバータ(ADC)です。¼のRFIDチャネルでサ ンプリングするJK、センサの4Zž6は5ビッ トです。センサが‘dÔなコードのサブセットを idするJKはž6がCDします。

7ÕのRFIDևは902〜928 MHzにまたがる50のチ ャネルをidしています。և×にØめるÙ¾はわ ずか2.8%です。ÍΡEFがこのように¤さいとい うことは、nチャネルでのyHのほとんどは”じÚ ÛをキャプチャしていることをeÝします。したが って、50チャネル®でyHを8うと、オーバサン プリングをNOすることになります。

アナログ/デジタル・コンバータ(ADC)はÞくのJ K、オーバサンプリングをidしßàFを8うこと でž6をめます。áDのような9¡の»1をâ たす™があります。

1.E¯oにMじるノイズがおおよそホワイト・

ノイズであることが™です。

2.ノイズのÌ×は、サンプリングされたインピ ーダンスをäなくともコード1つž31でき るだけZきくなければなりません。

3.インピーダンスが、2つのコードのどちらか のIをとる:¾が;しいことが™です｡

Chameleonエンジンをidするセンサは、にこ

れらのåæをâたします。

オーバサンプリングとßàFを8すると、ž6 のçビット¡Nが[…します。èで`すると ZOS = 4NZ_Sです。ここで、Z_OSはオーバサンプリン グされるチャネル¡、Z_Sはオーバサンプリングéに サンプリングされるチャネル¡です。Z_S = 1。これ はセンサをみmる4¤サンプル¡をeÝするため です。7Õの50チャネルすべてをidするJKは、[…

するêçž6は50 = 4Nでされ、N = 2.8というI がëられます。Chameleonエンジンの32とおりのb cすべてを1–のセンサでidするJK、4Zêç

ž6は5 + 2.8 = 7.8ビットです。これよりäないb cをidするJKはêçž6も›äします。え ば、1–のセンサが8–のコードのみをidするJ K、4Zêçž6は3 + 2.8 = 5.8ビットになりま す。EUևにVまれる10チャネルをidするJK、

4Zž6は10 = 4Nで、N = 1.7がëられることか ら、K4Zž6は6.7ビットです。

アプリケーション

Chameleonエンジンをidしてセンサ・コードを

みmり、­®パッシブ・センサをするアプリケ ーションž!はíz»です。a、イン ダクタンス、²³、またはアンテナの=>にÃ2を îぼすあらゆる¶,2çÂをべて、センサを?´

することができます。9¡のÍΡでサンプリング を8するので、ž6は4Z7.8ビットになりま す。ˆ@€がïâしているJðなどにABするdCと して、ˆ@€の、½れたDƍñの、ˆ€

があると?˜のòóやôFがMじるbõ、カビやE Fにö÷なdCでの€の、づきにくいJð でのˆøれのをùげることができます。

G?フィルムはnG€?にurして²³IがEF するので、CO、CO₂、NO_x、H₂S、O₂、Cl₂など、ú dCで(な€?にurするセンサ・タグを†H することができます。„NコンデンサにŠ‹させた

&Iは、-のQにûžなEFをもたらすことがで き、センサ・コードをJじてみmりÔなワイヤ レス・パッシブ・センサを?´するのにÀKちま す。ミクロン¼üのž6でのABも、@LŠ

でのýþによってNOされるインダクタンスの EFをJじてできます。この=Bをidして1 きをするか、圧/センサを†Hできます。

アンテナ?の¶,2な歪み?も、アンテナの ËÌÍΡにEFをもたらし､Chameleonエンジンは センサ・コードを3してこのEFにqrします。

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ON Semiconductor*びONのロゴはSemiconductor Components Industries, LLC (SCILLC),しくはその-./の01*び/または2の1における3456です。SCILLCは#7、

56、89、トレードシークレット(>?@A)と2のBC9にDする9EをFします。SCILLCのGH/#7のIDJリストについては、LMのリンクからごNいただ けます。www.onsemi.com/site/pdf/Patent-Marking.pdf.SCILLCはO'なしで、PQ のGHの()をうことがあります。SCILLCは、いかなる#RのでのGHのISに ついてFTしておらず、また、おUVのGHにおいてWXのYやZから[じた\]、#に、^_、`_、abなcdにDして、いかなる\]もeうことはできませ

ん。SCILLCデータシートやfVQにされるg$のある「6h」パラメータは、アプリケーションによってはnなることもあり、opの$もq`のrsにより(tするg

$があります。「6h」パラメータをuむすべてのパラメータは、ごZになるアプリケーションにYじて、おUVのvwxyzにおいて{|}Tされるようお~い

します。SCILLCは、その#79やその2の9EのM、いかなるライセンスも7€しません。SCILLCGHは、‚へのƒ„…†をとするシステムへのZ、[‰Š‹を

としたアプリケーション、また、SCILLCGHのŒSによるŽの‘’が“こり”るようなアプリケーションなどへのZを•–した—˜はされておらず、また、これらを ZDJとしておりません。おUVが、このような•–されたものではない、7gされていないアプリケーションにSCILLCGHを™šまたはZした›S、たとえ、SCILLC がそのœHの—˜またはGにしてsžがあったとŸ されたとしても、そのような•–せぬZ、また¡7gのZに¢したŽから、^_、£は`_に[じるすべ てのクレーム、¤、cd、r¤、および¥¦§¨などを、おUVの\]において©ªをお~いいたします。また、SCILLCとその«¬、­?¬、-./、¢./、®¯にD して、いかなるcdも°えないものとします。SCILLCは±².³/´µ¶·±Ÿです。この¸¨はIされるあらゆる89¹のDJとなっており、いかなるº¹によっ ても»¼することはできません。

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