PROJETO DE GRADUAO

Estudo da tecnologia de identificao por radiofreqncia - RFID

Por, Alessandro de Souza Oliveira

Milene Franco Pereira

Braslia, 12 de dezembro de 2006

UNIVERSIDADE DE BRASLA

FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

ii

UNIVERSIDADE DE BRASILIA

Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Eltrica

PROJETO DE GRADUAO

Estudo da tecnologia de identificao por radiofreqncia - RFID

POR,

Alessandro de Souza Oliveira Milene Franco Pereira

Relatrio submetido como requisito parcial para obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

Banca Examinadora

Antonio Jose Martins Soares UnB/ ENE (Orientador)

Plnio Ricardo Ganime Alves UnB/ ENM

Marco Antonio Brasil Terada UnB/ ENM

Braslia, 12 de dezembro de 2006

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Dedicatria(s)

Ao meu pai Walkir, minha me Marlene e minhas irms Giselle e Tatiana, que so verdadeiros presentes de Deus na minha vida, sempre ao meu lado apoiando em todos os momentos.

Milene Franco Pereira

Ao meu pai Audlio, minha Me Rosilei, meus irmos Leandro e Danillo e minha noiva Raquel, que sempre me apoiaram durante este tempo em que passei na Universidade de Braslia e em todas etapas importantes da minha vida.

Alessandro de Souza Oliveira

iv

Agradecimentos

minha famlia, pela motivao sempre me estimulando a crescer cientificamente e pessoalmente. Gostaria de agradecer aos professores e mestres, que com prazer e dedicao alimentaram meus conhecimentos, grande parte do que est demonstrado nesse projeto e ainda o que mais importante, me ensinaram a aprender sozinho. Agradeo aos amigos por terem contribudo em anos de estudo compartilhando sugestes e experincias as quais foram de suma importancia para o meu crescimento profissional e pessoal.

Alessandro de Souza Oliveira

Agradeo a meu pai Walkir por me oferecer todas as condies para que fosse possvel eu alcanar meus objetivos. Sempre foi meu companheiro nas madrugadas, eu lendo ou estudando, e ele lendo ou trabalhando. Acredito que fui influenciada por ele a escolher engenharia como rea de estudo, uma vez que, quando pequena, frequentava seu lugar de trabalho e ele me encorajava a perguntar como funciona, pai?. Devo tambm a ele a oportunidade que tive de morar em diversos lugares diferentes, o que me ajudou a acumular uma experincia mpar, que, com certeza, continuar sendo um diferencial para o resto da minha vida.

Agradeo muito tambm minha me Marlene, que sempre me apoiou em todos os momentos, das decises mais triviais s mais srias. Ela sempre falava o que eu precisava ouvir. Suas palavras de incentivo tambm sempre me ajudaram muito, oferecendo valores de liderana, humildade e perseverana. Tantos anos de engenharia e ela ainda no se acostumou em me ver estudando em horrios ou dias to incomuns, sempre preocupada com minha sade e bem-estar, porm sem nunca deixar de estar ao meu lado.

Minhas irms Giselle e Tatiana, quanta diferena fazem para mim. Giselle que muitas vezes acompanhou de perto minha jornada pela engenharia, mesmo no fazendo o mesmo curso. E a Tati, que com muita compreenso e carinho, aos 5 anos, disse uma vez algo que eu nunca vou esquecer: Mi, no dia depois desse dia tudo vai ser diferente, e essas palavras at hoje me do incentivo para continuar quando tudo parece estar ficando difcil demais.

No poderia deixar de agradecer tambm ao Vincius, que a prova maior de que nem sempre preciso estar perto para estar presente, e assim fazer a diferena.

Aos meus professores, que foram, sem dvida alguma, muito importantes na minha formao, compartilhando o conhecimento, incentivando o querer saber e mostrando que somos capazes de mais do que imaginamos. E considero nosso orientador, professor Martins, um timo exemplo de domnio do conhecimento, didtica e incentivo.

E por fim, aos meus amigos da Eltrica que fizeram parte dessa conquista. O apoio mtuo foi sempre muito importante tanto nas horas de estudo quanto de descontrao, para que no perdssemos a certeza de que todo o esforo vale a pena quando se faz o que se gosta. No posso deixar de destacar o meu parceiro de projeto Alessandro, que foi muito parceiro e amigo durante todo o trabalho. Destaque tambm para Lea e Aguiar, que tiveram um papel importante representando para mim mais que colegas de classe em situaes diversas.

Milene Franco Pereira

v

RESUMO

O trabalho apresenta um estudo da tecnologia de identificao por radiofreqncia, RFID. So discutidos os componentes do sistema, transponder, dispositivo de leitura e servidor de aplicao. Esse trabalho tambm explica os princpios de funcionamento para cada tipo de sistema RFID, seja ele 1-bit ou n-bit transponder. Alm do estudo tecnolgico, tambm so apresentadas questes de padronizao do sistema, que, por ser ainda recente e estar em grande expanso, so fundamentais. Os smart cards tambm so analisados e seus principais aspectos tecnolgicos e tipos so evidenciados. Por fim, utilizado um kit RFID para melhor compreenso de todos os aspectos estudados anteriormente.

ABSTRACT

This work presents a study of the radio frequency identification technology, RFID. The components of the system, transponder, reader and host are discussed here. This work also explains the principles of functioning for each type of RFID system, either it 1-bit or n-bit transponder. In addition to the technological study, also issues about the standardization of the system are presented, which, for it being a still recent technology in great expansion, are very important. Smart cards are also analyzed and their main technological aspects and types are evidenced. Finally, a RFID kit is used for better understanding of all the previously studied aspects.

ndice

ndice de ilustraes .....................................................................................................................iii 1. Introduo ................................................................................................................................. 1 1.1 Descrio do sistema RFID................................................................................................. 1 1.2 Justificativa do estudo da tecnologia de identificao por radiofreqncia........................ 2

2. Tecnologias RFID ..................................................................................................................... 4 2.1 Introduo............................................................................................................................ 4 2.2 Evoluo dos sistemas RFID............................................................................................... 5 2.3 Aplicaes da tecnologia RFID........................................................................................... 7 2.3.1 rea automotiva ........................................................................................................... 8 2.3.2 Identificao de animais............................................................................................... 8 2.3.3 Sade ............................................................................................................................ 9 2.3.4 Rastreamento de mercadorias e correspondncias ....................................................... 9 2.3.5 Controle de acesso de pessoal .................................................................................... 10

2.4 Comparao entre mtodos automticos de identificao ................................................ 10 2.4.1 Cdigo de barras......................................................................................................... 10 2.4.2 Carto de memria ..................................................................................................... 13

2.5 Vantagens do uso da tecnologia RFID.............................................................................. 16 3. Princpios de funcionamento................................................................................................... 17 3.1 Introduo.......................................................................................................................... 17 3.2 Sistemas 1-bit transponder ................................................................................................ 18 3.2.1 Sistema de 1-bit por radiofreqncia ......................................................................... 18 3.2.2 Sistema de 1-bit por microondas................................................................................ 20 3.2.3 Sistema 1-bit transponder por diviso da freqncia ................................................. 22 3.2.4 Sistema 1-bit transponder por efeito eletromagntico................................................ 23 3.2.5 Sistema 1-bit transponder por efeito acstico-magntico .......................................... 24

3.3 Sistemas n-bit transponder ............................................................................................... 25 3.3.1 Sistema n-bit transponder por acoplamento indutivo................................................. 26 3.3.2 Sistema n-bit transponder por acoplamento eletromagntico .................................... 28 3.3.3 Sistema n-bit transponder por acoplamento magntico (sistemas de proximidade) .. 30 3.3.4 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico .................................................. 31

3.4 Sistemas RFID seqenciais ............................................................................................... 33 3.4.1 Sistemas seqenciais por acoplamento indutivo ........................................................ 33 3.4.2 Sistema seqencial SAW (surface acoustic wave) .................................................... 35

4. Padronizao ........................................................................................................................... 39 4.1 Introduo.......................................................................................................................... 39 4.2 Faixas de freqncias utilizadas pelos sistemas RFID...................................................... 40 4.3 Freqncia apropriada para sistemas de RFID por acoplamento indutivo........................ 45 4.4 Regulamentao e padronizao na Europa...................................................................... 47 4.4.1 Dispositivos de curto alcance no especficos. .......................................................... 48 4.4.2 Dispositivos para aplicaes em transportes ferrovirios e rodovirios ................... 48 4.4.3 Dispositivos de acoplamento indutivo ...................................................................... 50

4.5 Regulamentao e padronizao no Brasil........................................................................ 50 5. Cartes inteligentes (Smart Cards) ......................................................................................... 53 5.1 Introduo.......................................................................................................................... 53 5.2 Classificao dos smart cards............................................................................................ 53 5.3 Padronizao ISO para smart cards................................................................................... 55

ii

5.4 Smart card de contato metlico ......................................................................................... 56 5.4.1 Carto com memria .................................................................................................. 57 5.4.2 Cartes microprocessados .......................................................................................... 58

5.5 Smart card sem contato ..................................................................................................... 59 5.5.1 Smart Card por acoplamento indutivo de contato (CICC)......................................... 61 5.5.2 Smart Card por acoplamento indutivo de proximidade (PICC)................................. 62 5.5.3 Smart Card por acoplamento indutivo de vizinhana (VICC) ................................... 62 5.5.4 Smart card por acoplamento indutivo para longas distncias (RICC) ....................... 63

5.6 Smart cards hbridos.......................................................................................................... 63 5.6 Vantagens e aplicaes do smart card:.............................................................................. 64

6. Estudo de Caso........................................................................................................................ 66 6.1 Introduo.......................................................................................................................... 66 6.2 Descrio tcnica da operao do kit RFID por meio do SMRFID.................................. 67 6.2.1 Modos de operao do dispositivo de leitura ............................................................. 69 6.2.2 Modulao utilizada no sistema RFID da Sonmicro para 125 kHz ........................... 71 6.2.3 Consumo de energia do dispositivo de leitura ........................................................... 72 6.2.4 Modo de leitura: Quantidade de blocos a serem lidos ............................................... 73 6.2.5 Modo de leitura: Quantidade de leituras .................................................................... 73 6.2.6 Rastreamento de bytes (Byte track) ........................................................................... 74 6.2.7 Seqncia de trmino ................................................................................................. 74 6.2.8 Seleo das opes EM4100/02 e EM4100/02 (decodificado).................................. 74 6.2.9 AOR / Password ......................................................................................................... 75

6.3 Caractersticas do transponder Q5B / T5555 .................................................................... 75 6.4 Como programar parmetros............................................................................................. 77 6.4.1 Parmetros de programao (programming parameters) ........................................... 78 6.4.2 Parmetros amplificadores internos (internal amplifier parameters) ........................ 78 6.4.3 Parmetros gerais do sistema (general system parameters)....................................... 79

6.6 Testes e resultados............................................................................................................. 80 7. Concluses .............................................................................................................................. 82 Referncias .................................................................................................................................. 83

iii

ndice de ilustraes

Figura 1.1 Composio bsica de um sistema RFID .................................................................... 1 Figura 2.1 Desenvolvimento dos sistemas de identificao por radiofreqncia [7].................... 5 Figura 2.2 Evoluo dos sistemas de identificao por radiofreqncia [7]................................. 6 Figura 2.3 Evoluo das aplicaes RFID no comrcio e na prestao de servios [7]. .............. 6 Figura 2.4 Estrutura do cdigo de barras EAN. .......................................................................... 11 Figura 2.5 - Exemplo de cdigo de barras EAN-8...................................................................... 12 Figura 2.6 Codificao EAN-8.................................................................................................... 12 Figura 2.7 Arquitetura tpica de um carto de memria com lgica de segurana. .................... 14 Figura 2.8 Relao tempo versus benefcio para a utilizao da tecnologia RFID [6]. .............. 16 Figura 3.1 Classificao dos sistemas RFID quanto ao princpio de funcionamento. ................ 17 Figura 3.2 Princpio de operao de um sistema 1-bit transponder por radiofreqncia [6]. ..... 18 Figura 3.3 Variao na impedncia Z1 entre os terminais da bobina do dispositivo de leitura para o sistema 1-bit transponder por radiofreqncia. (Q=90, k=1%)........................................ 19 Figura 3.4 Modelo do circuito eltrico para o sistema 1-bit transponder por radiofreqncia. .. 20 Figura 3.5 Princpio de funcionamento de um sistema 1-bit transponder por microondas [6]. .. 21 Figura 3.6 Exemplo de um sistema de loja de departamentos utilizando 1-bit transponder por microondas [6]............................................................................................................................. 22 Figura 3.7 Sistema de 1-bit transponder por diviso na freqncia [6]. .................................. 22 Figura 3.8 Curva tpica de histerese de um material ferromagntico [6]. ................................... 23 Figura 3.9 Sistema 1-bit transponder por efeito acsticomagntico [6]. .................................. 24 Figura 3.10 Representao da transmisso full duplex, half duplex e seqencial [6]. ................ 25 Figura 3.11 Sistema n-bit transponder por acoplamento indutivo [6]......................................... 26 Figura 3.12 Resultado da modulao de carga [6]. ..................................................................... 27 Figura 3-13 Sistema n-bit transponder, modulao de carga com sub-portadora. ...................... 28 Figura 3.14 Princpio de operao do sistema n-bit transponder por backscatter. [6]................ 29 Figura 3.15 Sistema n-bit transponder por acoplamento magntico (sistema de proximidade) [6]. ............................................................................................................................................... 30 Figura 3.16 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico (sistema de proximidade) [6].31 Figura 3.17 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico (campo eletromagntico transferindo dados e energia) [6]................................................................................................. 32 Figura 3.18 Circuito equivalente do funcionamento do sistema (leitor + meio + transponder) para acoplamento eltrico [6]...................................................................................................... 33 Figura 3.19 Fases de operao do sistema seqencial (perodo de carga, leitura e descarga). ... 34 Figura 3.20 Diagrama de blocos do transponder seqencial da Texas Instruments [6]. ............. 35 Figura 3.21 Sistema seqencial SAW (construo do transponder) [6]. .................................... 36 Figura 3.21 Modelo do transponder SAW [6]............................................................................. 38 Figura 3.23 Grfico da resposta emitida pelo transponder SAW [6] .......................................... 38 Figura 4.1 Faixas de freqncias utilizadas por sistemas RFID [6]............................................ 41 Figura 4.2 Distribuio do mercado de transponders por faixas de freqncias.[6] ................... 42 Figura 4.3 Comportamento da intensidade de campo em funo da distncia para a freqncia de 13,65 MHz [6] ........................................................................................................................ 46 Figura 4.4 Comportamento do campo magntico para as freqncias 125 kHz, 6,75MHz e 27,125MHz [6]. ........................................................................................................................... 46 Figura 4.5 Alcance do transponder em funo da freqncia de operao, e para H=105 dB A/m............................................................................................................................................ 47 Figura 5.1 Classificao dos smart cards.................................................................................... 54

iv

Figura 5.2 Tipos de interface dos smart cards. (a) contato. (b) sem contato. (c) hbrido. .......... 55 Figura 5.3 Diviso da famlia dos smart cards [13].................................................................... 56 Figura 5.4 Caractersticas fsicas do smart card por contato metlico[6]................................... 57 Figura 5.5 Diagrama de blocos para uma arquitetura tpica de cartes com memria por contato metlico [13]. .............................................................................................................................. 58 Figura 5.6 Diagrama de blocos para uma arquitetura tpica de cartes com microprocessador por contato metlico [13]. ........................................................................................................... 59 Figura 5.7 Diagrama de blocos para uma arquitetura tpica de smart card sem contato utilizando lgica de segurana, memria EEPROM e a ROM [13]............................................................. 60 Figura 5.8 Diagrama de blocos para arquitetura de smart cards sem contato utilizando microprocessador [13]................................................................................................................. 60 Figura 5.9 Posio de elementos acopladores capacitivos (E1-E4) e indutivos (H1-H4) em um CCIC [13].................................................................................................................................... 61 Figura 5.10 Smart card hbrido com transmisso de RF e contato metlico [13]. ...................... 64 Figura 6.1 Composio bsica do sistema RFID ........................................................................ 66 Figura-6.2 Tela principal do programa SMRFID da SONMICRO ELECTRONICS................. 67 Figura 6.3 Layout da placa do dispositivo de leitura .................................................................. 68 Figura 6.4 Parmetros de configurao do dispositivo de leitura ............................................... 69 Figura 6.5 Janela de programao do transponder...................................................................... 71 Figura 6.6 Transies entre os estados binrios .......................................................................... 72 Figura 6.7 Codificao Manchester utilizando a definio da Figura 6.6a................................. 72 Figura 6.8 Diagrama de blocos do transponder Q5B/T55XX..................................................... 76 Figura 6.9 Mapa da memria do transponder tipo Q5B/T55XX ................................................ 77 Figura 6.10 Parmetros de programao (Programming Parameters). ...................................... 78 Figura 6.11 Espectro de radiofreqncia retirado diretamente do dispositivo de leitura............ 81

1. Introduo

RFID (Radio Frequency Identification) uma tecnologia que utiliza ondas

eletromagnticas para identificar objetos, pessoas e animais. O sistema RFID surgiu pouco

antes da II Guerra Mundial, quando os aliados utilizaram essa tecnologia para distinguir seus

prprios avies dos avies inimigos. A partir dos anos 80 o Instituto de Tecnologia de

Massachussetts (MIT), em conjunto com outros centros de pesquisa, iniciou estudo de uma

arquitetura que utilizasse os recursos das tecnologias baseadas em radiofreqncia, para servir

como modelo de referncia ao desenvolvimento de novas aplicaes de rastreamento e

localizao de produtos [1][5]. Desse estudo, nasceu o Cdigo Eletrnico de Produtos - EPC

(Electronic Product Code). O EPC define uma arquitetura de identificao de produtos que

utiliza os recursos proporcionados pelos sinais de radiofreqncia.

1.1 Descrio do sistema RFID

O sistema RFID composto basicamente por trs componentes: dispositivo de leitura,

transponder e computador, que esto arranjados conforme a Figura 1.1. Nos captulos

posteriores sero abordadas as possveis aplicaes, princpios de funcionamento, padronizao

e detalhamento dos cartes inteligentes (smart cards). Tambm ser apresentado o estudo de

um kit de desenvolvimento para fins acadmicos do fabricante SONMICRO ELECTRONICS.

Figura 1.1 Composio bsica de um sistema RFID

O dispositivo de leitura responsvel pela emisso de um campo eletromagntico que

alimenta o transponder, que, por sua vez, responde ao dispositivo de leitura com o contedo de

sua memria. Os dados provenientes do transponder so encaminhados para o computador,

onde realizado o processamento de acordo com a aplicao em questo.

2

O transponder, tambm conhecido como tag, um dispositivo que contm a informao

(seja ela, 1 bit ou n bit). O transponder funciona como uma carteira de identidade, porm faz

uso de dispositivos eletrnicos (memria, processador, resistores, capacitores e indutores) para

guardar uma informao ou gerar um sinal. Atualmente, os transponders esto disponveis em

diversos formatos, tais como cartes, pastilhas e argolas, e em materiais como plstico, vidro,

epxi etc. Eles esto classificados em duas categorias:

Ativos, que fazem uso de fonte de alimentao prpria. Passivos, que utilizam a energia proveniente do dispositivo de leitura para o seu

funcionamento.

O captulo 3 deste trabalho trata dos princpios de funcionamento da tecnologia RFID.

Nesse captulo sero abordados as particularidades e os princpios bsicos de funcionamento

para os principais sistemas RFID no mercado, bem como as respectivas faixas de freqncia.

Os sistemas de RFID tambm so classificados, de acordo com a faixa de freqncia, em

sistemas de baixa freqncia (30 kHz a 500 kHz) e de alta freqncia (850 MHz a 2,5 GHz).

Os sistemas de baixa freqncia geralmente so utilizados em controles de acesso,

identificao de animais ou objetos, rastreabilidade de produtos etc., por possurem baixo custo

e curto alcance. Os sistemas de alta freqncia (850 kHz a 2,5 GHz) so utilizados para

identificao de objetos em movimento e permitem distncias de leitura classificadas entre

mdia e longa [6].

1.2 Justificativa do estudo da tecnologia de identificao por radiofreqncia

A justificativa do estudo da tecnologia de RFID deve-se possibilidade de rastreamento

de produtos, pessoas e animais, com eficincia, alm de possibilitar novos horizontes de

servios ao longo da cadeia de abastecimento. Algumas empresas esto investindo maciamente

nessa tecnologia. A empresa norte-americana Gillette encomendou cerca de 500 milhes de

transponders, a Boeing e a Airbus as duas maiores fabricantes de avies do planeta exigiram

de seus fornecedores a identificao de peas de avies e motores utilizando essa tecnologia. A

rede de supermercados Wal-Mart tambm solicitou de seus fornecedores a identificao de

produtos por meio dessa tecnologia [1]. A Microsoft est entrando no mercado com o anncio

de que pretende desenvolver softwares e servios para suportar o uso de RFID nos setores

industrial e de varejo [2] [3].

3

O exemplo mais recente do uso da tecnologia RFID o Sistema Nacional de

Identificao Automtica de Veculos (Siniav), a ser implantado na cidade de So Paulo

para planejar e executar aes de combate ao roubo e furto de veculos e cargas, bem

como gerir o controle do trfego [4].

O sistema Octopus outro exemplo muito interessante da utilidade do sistema RFID. O

carto Octopus um carto sem contato, recarregvel, que armazena determinados valores em

dinheiro para realizao de pagamentos eletrnicos em sistemas online ou offline de Hong

Kong, China. Esse sistema foi lanado originalmente em setembro de 1997 como sistema de

pagamento de tarifas no transporte pblico [23][24]. Atualmente o sistema de cartes Octopus

tem crescido como sistema de dinheiro eletrnico largamente utilizado no apenas no transporte

pblico, mas tambm para realizao de pagamentos em lojas de convenincia, supermercados,

lanchonetes, parqumetros, estacionamentos e muitos outros pontos de vendas, incluindo

mquinas de venda de refrigerante [23][24]. Alm disso, o sistema Octopus usado para

controle de acesso em escritrios, escolas e apartamentos. Esse carto pode ser utilizado at

para doar dinheiro para instituies de caridade. Para utilizar o carto, basta aproxim-lo a um

dispositivo de leitura Octopus. Esses cartes podem ser recarregados com dinheiro em

mquinas de recarga ou em balces de lojas diversas, ou at mesmo atravs de cartes de

crditos e contas de banco. O sistema de cartes Octopus tem se tornado um dos sistemas de

dinheiro eletrnico mais bem-sucedidos do mundo, contando com mais de 13 milhes de

cartes em circulao (aproximadamente duas vezes a populao de Hong Kong) e mais de 9

milhes de transaes por dia, com aproximadamente 300 pontos de venda (dados janeiro de

2006). O responsvel pelo sistema Octopus, Octopus Cards Limited, uma parceria entre MTR

Corporation e outras companhias de transporte de Hong Kong como KCR, KMB e Citybus. O

segmento internacional da empresa, a Octopus Knowledge Limited, fechou contrato para

extender o sistema para a Holanda [23][24].

Atualmente, o transponder mais barato custa, nos EUA, cerca de 25 centavos de dlar a

unidade na compra de um milho de transponders. No Brasil, segundo a Associao Brasileira

de Automao, esse custo sobe para 80 centavos at 1 dlar a unidade [5] [3]. Esse valor

barato em comparao ao custo de um laptop, ou seja, ao utilizar o transponder para identificar

um laptop o custo do transponder muito baixo em comparao ao custo do laptop, porm,

extremamente caro se for contabilizada a existncia de um transponder em cada caixa de leite

ou garrafa de refrigerante. Mesmo assim a tecnologia RFID est ficando mais acessvel devido

ao desenvolvimento da indstria eletrnica, que a cada dia melhora o desempenho e reduz o

custo de componentes necessrios para a construo desse sistema de identificao.

4

2. Tecnologias RFID

2.1 Introduo

Acompanhando os processos evolutivos das telecomunicaes, a tecnologia de

identificao por radiofreqncia (RFID) vem despontando como a nova gerao de sistemas de

identificao, em substituio aos cdigos de barra, cartes de crdito com leitura magntica,

crachs de identificao, entre outros. As vantagens da tecnologia RFID incluem menor tempo

para identificao, menor ocorrncia de falhas e maior controle na segurana e nos fluxos de

informao.

Tal como aconteceu com a Internet, que teve incio com os sistemas intranet nas grandes

organizaes e hoje atinge dimenso global, ou, ainda, com os telefones mveis, que eram

utilizados nos automveis e atualmente esto nos bolsos de cada usurio, tambm tem-se forte

tendncia da radiofreqncia se tornar imprescindvel na cadeia logstica.

O desenvolvimento dessa soluo, at agora condicionado por uma srie de barreiras de

ordem fsica, estrutural e financeira, vem sendo direcionado para novos patamares com os

processos de padronizao e uniformizao. Essas medidas permitem o uso de RFID em escala

global, alm da diminuio do custo da tecnologia. A radiofreqncia no apenas mais uma

forma de processar informao ou de armazenar e controlar dados. As diversas dimenses que

oferece vo muito alm da simples identificao, com a possibilidade de conhecer e analisar

informaes sobre a localizao, estado e condio de pessoas, bens e processos, e colocar

disposio dos gestores logsticos um novo nvel de controle da cadeia de abastecimento [6].

Sucedendo os cdigos de barras, as etiquetas RFID esto sendo demandadas por pesos-

pesados de diversos mercados como, por exemplo, a Boeing e a rede de supermercados Wal-

Mart, ou mesmo instituies como o Pentgono e a Food and Drug Administration (FDA)[3].

Essas empresas e instituies esto incentivando os seus fornecedores para que substituam as

antigas codificaes pelos novos identificadores, que emitem ondas de rdio para leitores

computadorizados. Segundo a empresa norte-americana de consultoria Aberdeen Group,

pesquisas indicam que, na aplicao de logstica, possvel movimentar os bens identificados

com etiquetas RFID com velocidade dez vezes maior em comparao ao que seria possvel com

produtos que utilizam os cdigos de barras. Estimativas apontam que essa tecnologia pode

aumentar, em funo da rea de negcio, entre 10% e 30% os ganhos das empresas, por causa

da diminuio dos custos com estoques e das vantagens em nvel da eficincia e segurana [6].

5

2.2 Evoluo dos sistemas RFID

A Figura 2.1 ilustra o desenvolvimento dos sistemas de identificao por

radiofreqncia. Em 1937, pouco antes do incio da segunda guerra mundial, as foras armadas

norte-americanas, de face ao problema na identificao dos alvos terrestres, areos e martimos,

desenvolveram o mtodo de identificao Friend-or-Foe (IFF) que permitia distinguir as

aeronaves aliadas das aeronaves inimigas [7]. Essa tecnologia veio a ser a base dos sistemas de

controle de trfego areo atual.

Em funo do alto custo, o uso da radiofreqncia, at pouco tempo, se restringia apenas

s aplicaes militares, laboratrios e grandes empresas comerciais. Com o avano da

eletrnica e do desenvolvimento de componentes em grande escala, vem diminuindo o custo

final de vrios dispositivos e, assim, permitindo o uso comercial para a grande massa global.

Figura 2.1 Desenvolvimento dos sistemas de identificao por radiofreqncia [7].

As indstrias de manufatura, estocagem e transporte vm desenvolvendo, desde 1970,

projetos de automao, identificao animal, rastreamento de veculos, entre outras, baseadas

na tecnologia de RFID. Com o avano tecnolgico, os sistemas RFID vm ganhando

velocidade de processamento, distncias de leituras cada vez maiores, novas funes, alm da

miniaturizao dos dispositivos, o que permite criar uma srie de aplicaes novas, como o

controle de acervo em bibliotecas. Na Figura 2.2, que mostra a evoluo das aplicaes de

radiofreqncia entre 1960 e 1990, possvel verificar que at esse momento a tecnologia era

usada apenas por grandes empresas, as quais movimentavam um grande volume de produtos,

com o objetivo de compensar o custo. Em 1990, a tecnologia RFID ganha popularidade global,

com aplicaes comerciais, controle de acesso e a sua integrao em meios de pagamento.

6

Desde ento, h um esforo por parte de autoridades governamentais e no governamentais,

bem como de grandes fabricantes, em promover a padronizao da tecnologia nos atributos de

freqncia de operao e protocolos de comunicao.

Figura 2.2 Evoluo dos sistemas de identificao por radiofreqncia [7].

O RFID cada vez mais vem ganhando fora e adeptos, fato que se deve, principalmente,

reduo de custos de implantao da tecnologia e do tempo do controle da produo (controle

de estoques, linha de montagem, entre outros). A filosofia Just in Time tem grande parcela de

influncia sobre a deciso de usar ou no o RFID. Na Figura 2.3, tem-se mais uma etapa da

evoluo das aplicaes, estendendo o uso da tecnologia tanto no comrcio como na prestao

de servios [6][7].

Figura 2.3 Evoluo das aplicaes RFID no comrcio e na prestao de servios [7].

7

2.3 Aplicaes da tecnologia RFID

A identificao por radiofreqncia uma tecnologia presente no mercado e pode ser

encontrada em diversas reas como controle de acesso, controle de trfego de veculos,

lavanderia, indstrias, controle de containeres, monitorao de pacientes, identificao de

animais, monitorao de bagagem e passageiros nos aeroportos, e aplicaes em ambientes

hostis como processo de pintura industrial e lubrificao de partes ou produtos identificados

com transponders de RFID. A Tabela 2.1 apresenta as aplicaes mais comuns da tecnologia de

RFID, que sero comentadas a seguir.

Tabela 2.1 Aplicaes mais comuns da tecnologia de RFID [6].

Controle de acesso Identificao de animais

Controle de bagagens em aeroportos Financeiras

Pagamentos/Compras:

-Tickets Alimentao

-Cartes de crdito

-Passagens de transporte

coletivo urbano etc.

Sistemas anti-furto e pedgio Lojas de souvenires

Rastreamento de documentos e produtos Esportes

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2.3.1 rea automotiva

As aplicaes na rea automotiva consistem, em sua maioria, nos sistemas anti-furto

para automveis. Dispositivos passivos empregados nos veculos vm sendo desenvolvidos

desde 1993. Como exemplo, tem-se o imobilizador eletrnico, um transponder que

empregado como chaveiro, ou inserido na parte plstica da chave do veculo. Nesse

transponder, podem ser armazenados dados relativos a cada chave, quantas chaves foram

acrescentadas ao sistema e at mesmo informaes sobre o proprietrio em caso de veculo por

encomenda ou personalizado. Nos veculos em que o transponder instalado, quando o

motorista coloca a chave no contato, um microleitor recebe o cdigo encriptado do transpoder e

a partida liberada somente aps a confirmao desse cdigo.

Ainda nesse contexto, encontra-se a aplicao de controle de acesso a condomnios

residenciais ou empresas, as quais fazem uso de transponders ativos colocados no pra-brisa do

automvel. Quando o carro se aproxima, o cdigo do transponder enviado a um dispositivo de

leitura que o encaminha para um computador a fim de verificar se abre ou no a garagem. Nos

estacionamentos comerciais essa tecnologia a mais adequada por reduzir custos operacionais,

ter baixo custo, eliminar congestionamentos, permitir o monitoramento do trfego, da

capacidade de atendimento e do tempo de ocupao, alm de oferecer informaes especficas

sobre cada veculo.

Pode-se, ainda, fazer uso da tecnologia de RFID para controlar o abastecimento de

frotas de nibus ou transportadoras, o que feito fixando-se um transponder passivo ou ativo na

entrada do tanque de combustvel de cada veculo, cujo nmero serial nico e identificado por

um dispositivo de leitura instalado no bico da bomba de combustvel, que libera o

abastecimento. Nos pedgios, costuma-se adotar um transponder ativo com capacidade de

leitura e escrita, possibilitando um sistema de crditos onde, a cada passagem pela cabine de

cobrana do pedgio, so debitados crditos do transponder do respectivo automvel.

2.3.2 Identificao de animais

Neste tipo de aplicao, usado o dispositivo passivo por vrias razes. Os transponders

passivos no necessitam de fonte de alimentao, portanto, uma vez implantado, no h custo

de manuteno com o mesmo. Os transponders subcutneos, quando passivos, representam um

menor risco de infeco e rejeio pelo organismo do animal. No caso de transponders

9

externos, se o mesmo for passivo, sua aplicao muito simples possibilitando um

reaproveitamento do transponder de modo a baixar ainda mais o custo operacional da

tecnologia.

2.3.3 Sade

Embora seja possvel o implante, em seres humanos, de transponders de RFID, que so

muito pequenos e projetados especificamente para incluso subcutnea, eles no foram

liberados para uso, a no ser nos Estados Unidos a ttulo de pesquisa e obrigatoriamente na

sade como se fosse um pronturio do paciente. Ainda h muita discusso por autoridades

governamentais e no governamentais e instituies acadmicas sobre o uso de etiquetas RFID

em seres humanos com a finalidade comercial ou financeira. Usando um dispositivo de leitura

especial, os mdicos e a equipe de funcionrios do hospital podem buscar a informao das

etiquetas implantadas, tais como a identidade do paciente, tipo do sangue e detalhes de sua

condio, e se h alguma reao alrgica a determinado medicamento.

2.3.4 Rastreamento de mercadorias e correspondncias

A tecnologia RFID permite o monitoramento remoto de encomendas e correspondncias

corporativas, oferecendo maior agilidade e segurana administrao tanto dos fabricantes

como das empresas de entrega expressa. A etiqueta padro integrada a uma smart-label, ou

etiqueta inteligente, com nmero serial nico, na qual so programadas informaes como

remetente e receptor, destino final e cdigo de barras.

A tecnologia, que por enquanto hbrida, contendo o cdigo RFID e um cdigo de

barras, agiliza a obteno das informaes contidas no container ou lote de produtos sem a

necessidade de abrir o mesmo para verificao, mesmo em trnsito, e permitindo o

redirecionamento das mercadorias ou correspondncias para o devido lugar em caso de erro

por parte da transportadora. Nesse tipo de aplicao, faz-se uso de transponders passivos nas

mercadorias individuais e um leitor de mltiplos acessos para fazer uma leitura rpida e segura

de todos os tags no lote ou container, acelerando o processo de distribuio com total

confiabilidade.

No caso de documentos, os arquivos podem conter parmetros como data de

vencimento, movimentao permitida e pessoas autorizadas a terem acesso aos mesmos. Com

10

essas informaes, o banco de dados pode construir uma auditoria de manipulao de cada

documento que passa a ser facilmente localizado pelos funcionrios.

2.3.5 Controle de acesso de pessoal

Aplicada nas corporaes, o carto de identificao uma poderosa ferramenta, sem

risco de fraudes, para melhorar o gerenciamento de colaboradores e pessoal autorizado a

transitar nas dependncias da empresa por meio de controle de entrada e sada de funcionrios,

clculo automtico de horas-extras e horas trabalhadas. O carto pode, tambm, ser programado

para gravar informaes sobre a utilizao de equipamentos, uso de vale refeio, exames

mdicos, viagens, participao em programas de treinamento, acesso a determinadas salas da

empresa e vrias outras atividades. Em geral, para esse tipo de aplicao, faz-se uso de

transponder passivos de proximidade, ou seja, sua leitura se restringe a poucos centmetros de

distncia do dispositivo de leitura. Tambm conhecido como crach de acesso, os transponders,

alm da informao armazenada na sua memria, tm adesivos com informaes visuais, como

foto, nome, matrcula e funo do respectivo colaborador, o que agrega valor aplicao de

controle de acesso.

2.4 Comparao entre mtodos automticos de identificao

O uso da tecnologia automtica de identificao (auto-ID) vem crescendo desde a

metade do sculo passado e est se tornando uma parte indispensvel de nossa vida diria. O

cdigo de barras foi a base para as tecnologias de auto-identificao. Encontra-se cdigo de

barras em toda parte, desde produtos prestao de servios. Embora RFID seja aparentemente

novo, no est substituindo o cdigo de barras ou outra tecnologia de identificao, ao menos

por enquanto. Cada tecnologia de auto-identificao tem suas vantagens e desvantagens como

discutido a seguir.

2.4.1 Cdigo de barras

O sistema de identificao de produtos conhecido por cdigo de barras teve origem nos

EUA, em 1973, com o cdigo UPC (universal product code) e, em 1977, esse sistema foi

11

expandido para a Europa atravs do EAN (European Article Numerical Association). um

cdigo binrio que compreende barras em preto e aberturas em branco arranjadas em uma

configurao paralela de acordo com um padro predeterminado e representam os elementos de

dados que referenciam a um smbolo associado. A seqncia, composta de barras largas e

estreitas e de aberturas, pode ser interpretada alfanumrica e numericamente. Sua leitura feita

pela explorao ptica do laser, isto , pela reflexo diferente de um feixe de laser das barras do

preto e das aberturas brancas. Entretanto, apesar de seu princpio fsico permanecer o mesmo

at hoje, h algumas diferenas considerveis entre as disposies do cdigo nos

aproximadamente dez tipos diferentes de cdigos de barra atualmente em uso.

O cdigo de barras mais popular o EAN, que foi projetado especificamente para

cumprir as exigncias da indstria de mantimentos. O cdigo EAN, que representa um

desenvolvimento do UPC dos EUA, composto por 13 dgitos: o identificador do pas, o

identificador da companhia, o nmero do artigo do fabricante e um dgito de verificao,

conforme a Figura 2.4.

Figura 2.4 Estrutura do cdigo de barras EAN.

O cdigo EAN-8 um tipo de cdigo de barras comumente utilizado no Brasil em

embalagens que dispem de espao restrito, Figura 2.5. No Brasil, os trs primeiros dgitos

representam o prefixo EAN/UCC (European Article Numbering / Uniform Code Council)

licenciado pela GS1, organizao responsvel pelo modelo e implementao de padres globais

relacionados cadeia de suprimentos. Os quatro dgitos seguintes referenciam o item e so

determinados tambm pela organizao GS1. O ltimo dgito um dgito verificador.

12

Figura 2.5 - Exemplo de cdigo de barras EAN-8

O cdigo de barras EAN-8 consiste em uma seqncia de barras pretas e brancas que

representam o cdigo do produto. Cada dgito representado por 7 barras pretas ou brancas que

so decodificadas de acordo com a Figura 2.6. A Figura 2.5 mostra o arranjo das barras para o

dgito 5, de acordo com a Figura 2.6a. Para dgitos esquerda das barras centrais, utiliza-se a

Figura 2.6a, e direita, utiliza-se a Figura 2.6b. Cada barra branca representa o bit 0 e cada

barra preta o bit 1. As trs barras iniciais (lado esquerdo), cinco barras do centro e as trs barras

do final representam barras de guarda.

Figura 2.6 Codificao EAN-8

Um dos problemas com o cdigo de barras que pode-se fazer a varredura de apenas

um objeto de cada vez. Alm disso, uma quantidade limitada de dados armazenada no cdigo

deixando de lado informaes importantes como nmero de srie original, data de expirao ou

validade, ou outra informao pertinente. O leitor de cdigo de barras necessariamente tem que

estar em visada com o cdigo para efetuar sua leitura, logo, ocorrem erros de leitura caso o

13

artigo codificado esteja empoeirado, sujo ou com algum defeito em sua etiqueta de

identificao. Uma grande vantagem o baixo custo de implementao e manuteno, bastando

a impresso das etiquetas codificadas e um dispositivo de leitura. Atualmente, tem-se uma boa

infra-estrutura para essa aplicao.

Quanto leitura ptica, tem-se, ainda, o OCR (optical character recognition) que foi

usado primeiramente, nos anos de 1960, com o objetivo de criar ou reconhecer caracteres de

modo que pudessem ser lidos de maneira normal por uma pessoa ou de modo automtico por

uma mquina. Como exemplo de aplicao do OCR, tem-se a ferramenta disponibilizada nos

scanners que reconhecem os caracteres de texto e os enviam para um editor de texto. Uma

importante vantagem do OCR sua elevada densidade de informao e possibilidade de leitura

dos dados de modo visual em regime de emergncia, no caso de problemas com a leitura

ptica.

Hoje, o OCR usado na produo, em atividades administrativas e tambm nos bancos

para o registro dos cheques (os dados pessoais, como nmero do cheque e nome do cliente, so

impressos na linha inferior de um cheque do tipo OCR). Entretanto, os sistemas de OCR no se

tornaram universalmente aplicveis devido ao elevado custo e complexidade dos dispositivos

de leitura.

2.4.2 Carto de memria

Em cartes de memria (memory cards), geralmente usa-se uma EEPROM (Electronic

Erasable Programmable Memory), que acessada usando uma lgica seqencial (mquinas de

estado), Figura 2.7. tambm possvel incorporar algoritmos simples de segurana. A

funcionalidade da memria pode ser otimizada para uma aplicao especfica e a flexibilidade

da aplicao altamente limitada, mas, por outro lado, os cartes de memria possuem uma boa

relao custo-beneficio.

Os cartes microprocessados so muito usados em aplicaes que necessitam de uma

maior segurana, como os smart-cards para telefones mveis GSM e os cartes de crdito com

chip. A opo de programar os cartes microprocessados facilita a adaptao rpida s novas

aplicaes que vm surgindo a cada dia, o que representa uma grande vantagem devido a sua

flexibilizao mesmo com um custo relativamente alto, pois seu tempo de vida longo.

14

Figura 2.7 Arquitetura tpica de um carto de memria com lgica de segurana.

Na Tabela 2.2, mostra-se uma comparao entre os principais mtodos de auto-

identificao com relao quantidade de dados que podem ser armazenados, segurana da

aplicao, custo, vida til e interferncias do meio. Na Tabela 2.3, tem-se um resumo dos

atributos qualitativos e quantitativos de algumas tecnologias de auto-ID.

Tabela 2.2 Principais parmetros para comparao entre tecnologias de auto-identificao [6].

Parmetros de comparao

Cdigo de Barras

Carto de contato

RFID - Passivo RFID - Ativo

Modificao dos dados

No Sim Sim Sim

Segurana dos dados

Baixa Alta Varivel (Baixo

Alto) Alta

Quantidade de dados

- linear: 8-30 caracteres - 2D: 7.200 caracteres

Acima de 8 MB

Acima de 64 kB

Acima de 8 MB

Custo

Poucos centavos de dlar ou frao de centavo por

item

Pouco mais de US$1,00 por

item

Mdio, pouco menos de 25 centavos de

dlar por item.

Muito alto, de US$10,00 a

US$100,00 por item.

Padronizao Estvel e

padronizado Proprietrio e

no padronizado

No proprietrio e evoluindo para

uma padronizao

Proprietrio e evoluindo para um padro aberto.

Tempo de Vida Pequeno Longo

Indefinido (depende da qualidade do

tag)

3-5 anos dependendo da

bateria de alimentao

Interferncia

Barreira ptica - sujeira ou objetos

obstruindo a visada do laser

Bloqueio do contato

O meio ambiente pode afetar os campos e a transmisso das ondas de

rdio

Barreiras ilimitadas desde que o sinal do tag seja forte e livre de rudo.

15

Tabela 2.3 Comparao entre tecnologias de auto-identificao [6].

Controle de acesso / identificao

Vantagens Desvantagens

Chave metlica

No necessita de energia para seu funcionamento. Muito simples de usar.

Pode ser copiada facilmente.

Chave de Combinao

A combinao pode ser alterada facilmente. No h chave para ser perdida ou roubada.

Custo mais alto em relao a chave metlica.

Carto perfurado

No fcil de ser copiado como a chave metlica.

Tecnologia antiga e com baixa flexibilidade. Pode ser copiado.

Carto magntico

Difcil de ser copiado. Disponibilidade de leitores no mercado com baixo custo.

Pode ser danificado com o uso, necessria a instalao de uma infra-estrutura para esta aplicao.

Contact Smart-Card

Possibilidade de aplicar o mesmo carto em vrias atividades. Maior segurana quando comparado a fitas magnticas.

Custo mais alto que um carto magntico.

RFID TAGs

Todas as vantagens dos contact smart cards, porm com a vantagem de no necessitar de contato fsico. O chip fica embutido e protegido garantindo maior vida til.

Possui o custo mais alto entre os mecanismos citados.

16

2.5 Vantagens do uso da tecnologia RFID

Os benefcios da tecnologia RFID podem ser categorizados quanto ao tempo (curto

prazo versus longo prazo) ou quanto tangibilidade (direta versus indireta). Em alguns casos,

como etiquetar gado ou etiquetar uma cadeia de suprimentos, deve-se considerar o efeito de

rede, ou seja, o custo da implementao de um sistema RFID pode ser mnimo quando se

considera um sistema fechado (criadores de gado ou distribuidores de suprimentos

desenvolvem seu prprio sistema RFID). Entretanto, o custo aumenta significativamente

quando se considera um sistema aberto, ou seja, vrios criadores ou distribuidores de

suprimentos fazem uso de um sistema comum. Na Figura 2.8, verificam-se as vantagens diretas

e indiretas relacionadas no perodo de tempo. Essa comparao muito importante na tomada

de deciso de implementar o uso desta tecnologia no mercado ou indstria.

Figura 2.8 Relao tempo versus benefcio para a utilizao da tecnologia RFID [6].

17

3. Princpios de funcionamento

3.1 Introduo

Os sistemas RFID so classificados em duas principais categorias: 1-bit transponder e

n-bit transponder. Os sistemas 1-bit funcionam, basicamente, por meio de fenmenos fsicos e

se subdividem em 5 categorias. Os sistemas n-bit so subdivididos conforme o mecanismo de

transmisso de dados; neste tipo de sistema h, de fato, um fluxo de dados entre o transponder e

o dispositivo de leitura. A Figura 3.1 apresenta a classificao dos diferentes tipos de RFID.

Nessa figura, tambm esto indicadas as sees deste captulo que tratam de cada um dos tipos

de RFID [6].

Figura 3.1 Classificao dos sistemas RFID quanto ao princpio de funcionamento.

18

3.2 Sistemas 1-bit transponder

Os sistemas 1-bit transponder trabalham com apenas dois estados: ativado ou

desativado. O estado ativado significa que o tag encontra-se na zona de leitura do receptor e, no

estado desativado, no h presena do tag na zona de leitura. Todos os 5 tipos de sistemas de 1-

bit seguem essa mesma idia de identificao por estados.

3.2.1 Sistema de 1-bit por radiofreqncia

Este mecanismo baseado em circuitos ressonantes, contidos nos transponders passivos.

O dispositivo de leitura gera um campo magntico alternado na faixa de radiofreqncia em

torno de 8,2 MHz conforme a Figura 3.2 [6]. A regio de atuao do campo controlada por

meio da potncia fornecida bobina do dispositivo de leitura. Se o transponder estiver na regio

de atuao do dispositivo de leitura, a energia proveniente do campo alternado gerado pelo

dispositivo de leitura induz uma corrente no circuito LC do transponder. Se a freqncia do

dispositivo de leitura combinar com a freqncia de ressonncia do circuito LC contido no

transponder, o sistema ressonante responde com uma pequena mudana na tenso entre os

terminais da bobina (antena) do dispositivo de leitura (gerador) [6].

A magnitude dessa queda de tenso depende da separao entre as bobinas do

dispositivo de leitura e do transponder, e do fator de qualidade Q do circuito ressoante formado

pelo sistema (gerador e transponder) [6].

Figura 3.2 Princpio de operao de um sistema 1-bit transponder por radiofreqncia [6].

19

Como as variaes na tenso das bobinas do dispositivo de leitura ou do sensor so

geralmente baixas e, portanto, difcil de serem detectadas, o sinal deve ser livre de interferncia.

Nesse caso, a freqncia do campo gerado varia entre um valor mnimo e um valor mximo. O

sistema comea a oscilar sempre que a freqncia varrida pelo gerador corresponde a

freqncia de ressonncia do transponder, produzindo uma queda de tenso nas bobinas do

gerador e do sensor, se este for utilizado.

Tal queda de tenso percebida e utilizada para sinalizar a presena do transponder na

regio de leitura. A Figura 3.3 mostra o comportamento da impedncia nos terminais da bobina

do dispositivo de leitura para esse tipo de sistema, onde a freqncia do campo varia entre um

valor mnimo e um valor mximo e, no momento em que as freqncias se cruzam, ocorre uma

variao na impedncia da bobina do dispositivo de leitura e, conseqentemente, uma queda na

tenso entre seus terminais [6].

Figura 3.3 Variao na impedncia Z1 entre os terminais da bobina do dispositivo de leitura para o sistema 1-bit transponder por radiofreqncia. (Q=90, k=1%).

A impedncia da bobina do dispositivo de leitura com a presena do transponder em sua

rea de atuao dada pela equao 3.1 que modelada a partir da Figura 3.4 [6].

20

2122

212

111

1

..).(

CLj

RLjR

LLkZ

onde

ZLjRZ

LT

T

+++

=

++=

(3.1)

Z1 a impedncia nos terminais da bobina do dispositivo de leitura.

R1 a resistncia do enrolamento da bobina do dispositivo de leitura.

R2 a resistncia do enrolamento da bobina do transponder.

L1 a indutncia da bobina do dispositivo de leitura.

L2 a indutncia da bobina do transponder.

C2 a capacitncia contida no circuito do transponder.

k o coeficiente de acoplamento.

a freqncia angular gerada no dispositivo de leitura.

Figura 3.4 Modelo do circuito eltrico para o sistema 1-bit transponder por radiofreqncia.

Esse tipo de sistema muito usado em lojas de departamentos como sistemas anti-furto.

Os transponders podem ser destrudos por um campo magntico suficientemente intenso, de

modo que a tenso induzida destrua o capacitor contido no transponder.

3.2.2 Sistema de 1-bit por microondas

Este tambm um sistema utilizado em lojas de departamento, porm trabalha na faixa

de microondas explorando a gerao de componentes harmnicas no-lineares. Neste tipo de

sistema normalmente so utilizados diodos, devido sua caracterstica no-linear de armazenar

21

energia. O nmero e a intensidade das harmnicas dependem da caracterstica do diodo

capacitivo utilizado. O layout de um sistema 1-bit transponder por microondas muito simples:

um diodo conectado a uma antena dipolo projetada para a freqncia da portadora, conforme

a Figura 3.5. Em geral, a freqncia da portadora para sistemas desse tipo fp = 2,45 GHz e o

comprimento do dipolo 6 cm. Tambm so usadas as freqncias de 5,6 GHz e 915 MHz

(Europa) como portadoras.

Figura 3.5 Princpio de funcionamento de um sistema 1-bit transponder por microondas [6].

O funcionamento ocorre quando o tag est na zona de leitura e, devido ao campo

eltrico alternado, flui uma corrente pelo dipolo at o diodo que, por sua vez, gera e radia, em

geral, os 2 e 3 harmnicos da freqncia da onda portadora. O dispositivo de leitura capaz

de perceber a freqncia dos harmnicos a que foi ajustado. A Figura 3.6 representa esse

sistema de identificao. Para garantir maior segurana e preciso ao sistema, faz-se uso da

modulao em amplitude ou em freqncia (ASK ou FSK) da onda portadora. Assim, as

harmnicas tero a mesma modulao, permitindo que o sinal esteja livre de interferncia do

meio externo.

No exemplo da Figura 3.6, a onda portadora foi modulada em ASK com 1 kHz e a

freqncia da portadora fp = 2,45 GHz. Portanto, o segundo harmnico de 4,9 GHz e o

terceiro de 7,35 GHz. Considerando que o dispositivo de leitura esteja ajustado para o segundo

harmnico e que o tag esteja na zona de leitura, o alarme ativado.

22

Figura 3.6 Exemplo de um sistema de loja de departamentos utilizando 1-bit transponder por microondas [6].

3.2.3 Sistema 1-bit transponder por diviso da freqncia

Este tipo de sistema opera em uma grande faixa de freqncia: de 100 Hz a 135,5 kHz.

O tag constitudo por uma bobina, um circuito ressonante e um microchip que tem por funo

dividir por 2 a freqncia da portadora e re-emitir o sinal para o dispositivo de leitura que far a

identificao e execuo da aplicao. O processo semelhante ao do sistema anterior, porm

com uma reduo da freqncia da portadora pela metade. Tambm usado modulao na

amplitude ou na freqncia (ASK ou FSK) a fim de melhorar o desempenho do sistema. A

Figura 3.7 exemplifica esse tipo de sistema.

Figura 3.7 Sistema de 1-bit transponder por diviso na freqncia [6].

23

3.2.4 Sistema 1-bit transponder por efeito eletromagntico

Este tipo de sistema utiliza campos magnticos na faixa de freqncia entre 10 Hz e 20

kHz. Os transponders so constitudos por uma fita delgada de material magntico amorfo, cuja

curva tpica de histerese deve ser semelhante a da Figura 3.8. A magnetizao dessa fita

periodicamente revertida e a saturao magntica ocorre quando a fita submetida a um intenso

campo magntico alternado. A caracterstica no-linear entre o campo magntico H e a

densidade de fluxo magntico B, prximo saturao, mais a mudana repentina da densidade

de fluxo magntico B na vizinhana do campo H igual a zero, produz componentes harmnicas

na freqncia de operao do transponder.

Figura 3.8 Curva tpica de histerese de um material ferromagntico [6].

O sistema por efeito eletromagntico pode ser melhorado sobrepondo-se sees

adicionais de sinal com freqncias mais elevadas sobre o sinal principal, ou seja, a no-

linearidade da curva da histerese do material ferromagntico, alm dos harmnicos, sinaliza

tambm sees com freqncias da soma e da diferena dos sinais fornecidos. Por exemplo,

dado um sinal principal com freqncia (fs) de 20 Hz e os sinais adicionais (f1) de 3,5 kHz e (f2)

de 5,3 kHz so gerados os seguintes sinais de primeira ordem:

f1 + f2 = 8,80 kHz f2 - f1 = 1,80 kHz fs + f2 = 1,82 kHz

.

.

.

Assim, o dispositivo de leitura reagir com a freqncia harmnica bsica e tambm

com a soma ou a diferena dos sinais extras, o que garante maior confiabilidade ao sistema.

24

Devido sua baixa freqncia de operao, so os nicos sistemas para produtos que contm

metal, porm h a desvantagem de depender da posio do transponder presente na regio de

interrogao do dispositivo de leitura. As linhas de campo magntico do transponder devem

estar verticalmente arranjadas atravs da fita de metal amorfo.

Esse tipo de sistema muito utilizado em loja de departamentos e bibliotecas devido ao

baixo custo do dispositivo de leitura e do transponder. O transponder muito pequeno e,

portanto, pode ser escondido dentro da capa de um livro ou atrs da etiqueta de algum produto.

Outro fator importante que esse tipo de transponder pode ser ativado e desativado por

inmeras vezes atravs da magnetizao e desmagnetizao.

3.2.5 Sistema 1-bit transponder por efeito acstico-magntico

Semelhante ao sistema por efeito eletromagntico, o sistema que opera por fenmeno

acstico-magntico utiliza duas fitas de material magntico amorfo. Neste caso, porm, o efeito

considerado o da magnetostrio, que a vibrao decorrente das variaes inter-atmicas, ou

seja, a distncia entre os tomos varia com o campo magntico alternado aplicado na direo

longitudinal. A amplitude da vibrao alta quando a freqncia do campo magntico igual

freqncia de ressonncia (acstica) da fita de metal.

A Figura 3.9 mostra o funcionamento deste tipo de sistema. Quando o tag encontra-se na

regio de leitura do transmissor e do sensor, as fitas de metal comeam a oscilar devido a

influncia do campo magntico. A oscilao na freqncia de ressonncia do material

facilmente percebida pelo dispositivo de leitura. A vantagem deste sistema em relao ao

anterior que a desmagnetizao da fita s pode ser feita por um campo magntico intenso e

com um decaimento lento na magnitude do campo magntico aplicado.

Figura 3.9 Sistema 1-bit transponder por efeito acsticomagntico [6].

25

3.3 Sistemas n-bit transponder

Nos sistemas n-bit transponder h, de fato, uma comunicao e transmisso de dados

entre os dispositivos de leitura e os respectivos transponders. Tais sistemas podem ser passivos

ou ativos e a transmisso de dados entre eles pode ser do tipo full duplex, half duplex ou

seqencial.

Na transmisso de dados full duplex (FDX), a informao enviada nos dois sentidos e

de forma simultnea, portanto, no existe perda de tempo com turn-around (operao de troca

de sentido de transmisso entre os dispositivos). Um canal full-duplex pode transmitir mais

informaes por unidade de tempo que um canal half-duplex, considerando-se a mesma taxa de

transmisso de dados. Na transmisso half duplex (HDX), a informao enviada nos dois

sentidos, mas no de forma simultnea, ou seja, durante uma transmisso half-duplex, um

dispositivo A ser transmissor em determinado instante, enquanto um dispositivo B ser

receptor. Em outro instante, os papis podem se inverter, por exemplo, o dispositivo A poderia

transmitir dados que B receberia; em seguida, o sentido da transmisso seria invertido e B

transmitiria para A, se os dados foram corretamente recebidos ou se foram detectados erros de

transmisso. A operao de troca de sentido de transmisso entre os dispositivos chamada de

turn-around e o tempo necessrio para os dispositivos chavearem entre as funes de

transmissor e receptor denominado turn-around time, Figura 3.10.

Figura 3.10 Representao da transmisso full duplex, half duplex e seqencial [6].

A transmisso de energia entre o leitor e o transponder contnua para o FDX e para

HDX, o que no ocorre para transmisso seqencial. Na transmisso seqencial, os dados e a

26

energia no so transmitidos de forma contnua e sim por determinado perodo de tempo

(pulso), Figura 3.10.

3.3.1 Sistema n-bit transponder por acoplamento indutivo

Um transponder por acoplamento indutivo constitudo por um dispositivo eletrnico

para armazenar os dados e uma bobina que funciona como antena. Em sua grande maioria, so

elementos passivos que recebem a energia para seu funcionamento do dispositivo de leitura. A

Figura 3.11 ilustra o princpio de funcionamento de um sistema RFID n-bit transponder por

acoplamento indutivo. O dispositivo de leitura gera um campo eletromagntico nas freqncias

de 135 kHz ou 13,56 MHz, que penetra na rea da bobina do transponder e induz uma tenso

que retificada e utilizada para alimentar o chip, que enviar de volta para o dispositivo de

leitura o seu ID (cdigo de identificao).

Na Figura 3.11, visto que, paralelo bobina do dispositivo de leitura e paralelo

bobina do transponder, tm-se capacitores cuja finalidade formar um circuito ressonante

ajustado na freqncia de operao do dispositivo de leitura. Esse tipo de montagem pode ser

comparado a um transformador. O acoplamento entre as duas bobinas do sistema muito fraco

e a eficincia na transmisso de potncia entre as duas bobinas depende da freqncia de

operao, do nmero de enrolamentos, da rea da seo transversal do transponder, do ngulo

entre as bobinas e da distncia entre a bobina do transponder e a bobina do dispositivo de

leitura [1].

Figura 3.11 Sistema n-bit transponder por acoplamento indutivo [6].

Para o funcionamento desse sistema como transformador de acoplamento, necessrio

que a distncia entre as bobinas no exceda a 0,16 [1]. Devido a essa caracterstica, ele

tambm conhecido como sistema de proximidade. Seu funcionamento ocorre quando o

27

transponder est na regio de leitura (zona de interrogao) e sua freqncia de ressonncia

corresponde freqncia do dispositivo de leitura. A resposta ao sistema de leitura pode ser

representada por um transformador de impedncia Zt na bobina (antena) do dispositivo de

leitura, ou seja, ligando e desligando uma resistncia de carga na bobina do transponder,

provoca-se uma alterao na impedncia Zt e, portanto, a tenso VL no dispositivo de leitura

varia. Tal efeito funciona como uma modulao em amplitude da tenso VL no dispositivo de

leitura em funo do chaveamento da resistncia de carga que controlado pelos dados

contidos no transponder. Este tipo de transferncia de dados conhecido por modulao de

carga ou load modulation.

Devido ao fraco acoplamento entre a bobina do dispositivo de leitura e a bobina do

transponder, as flutuaes na tenso da bobina do dispositivo de leitura, que representa o sinal

til, so de magnitudes menores que a tenso de sada do dispositivo de leitura, por exemplo,

para sistemas de 13,56 MHz o sinal til tem uma amplitude de tenso em torno de 10 mV. Para

detectar estas pequenas flutuaes, necessrio utilizar circuitos eletrnicos complexos e caros.

A alternativa para contornar essa situao utilizar a modulao de carga com sub-portadora

(Load modulation with subcarrier), Figura 3.12. O processo feito atravs da comutao da

resistncia de carga em uma freqncia s = 212 kHz, o que gera duas linhas espectrais em ft

s em torno da freqncia central de transmisso ft = 13,56 MHz.

Figura 3.12 Resultado da modulao de carga [6].

A transmisso de dados feita com modulao ASK, FSK ou PSK ou, ainda,

modulando a sub-portadora no tempo atravs do fluxo dos dados. A Figura 3.12 exemplifica o

sistema para gerao da modulao de carga conduzida pelo chaveamento da resistncia de

carga do transponder e a deteco do dispositivo de leitura atravs de sub-portadora.

28

A Figura 3.13 mostra o sistema n-bit transponder por acoplamento indutivo, utilizando a

modulao de carga com sub-portadora. Nota-se que a comutao da resistncia de carga

(impedncia Zt composta pela indutncia da bobina do transponder, resistncia do enrolamento

da bobina e as capacitncias C1 e Ct) feita pelo chaveamento do transistor T1.

Figura 3-13 Sistema n-bit transponder, modulao de carga com sub-portadora.

3.3.2 Sistema n-bit transponder por acoplamento eletromagntico

Os sistemas por acoplamento eletromagntico (Backscatter) operam na faixa de UHF

(868 MHz nos EUA e 915 MHz na Europa) e microondas (2,5 GHz ou 5,8 GHz), possuem

longo alcance e, por operarem com comprimentos de onda relativamente curtos, possibilitam o

uso de antenas com pequenas dimenses e de boa eficincia.

A potncia transferida para o transponder deve ser maior ou igual perda no espao

livre mais a potncia consumida pelo circuito eletrnico do transponder. A perda no espao

livre dada por [6]

)log(10)log(10)log(20)log(206,147)( RTmeio GGfRdBP ++= (3.2)

em que R a distncia entre a antena do dispositivo de leitura e a antena (bobina) do

transponder, GT, o ganho da antena do transmissor, GR, o ganho da antena do transponder

(receptor) e f, a freqncia de transmisso.

29

A tecnologia de semicondutores permite a fabricao dos circuitos integrados do

transponder com consumo de potncia em torno de 50 W [1]. Porm, para aplicaes que

exigem distncias maiores que 15 m ou operam com circuitos integrados com alto consumo de

energia, necessrio a utilizao de um transponder ativo, ou seja, o uso de fonte de

alimentao prpria para suprir o consumo dos componentes e circuitos integrados que

constituem o transponder a fim de realizar a comunicao entre os dispositivos. Neste caso, faz-

se uso do modo stand-by, em que o transponder ativado somente quando se encontra na regio

de interrogao. Ento o processo de transmisso dos dados contidos no transponder para o

dispositivo de leitura ocorre apenas em momentos discretos.

A transmisso de dados do transponder para o dispositivo de leitura ocorre por meio da

modulao do sinal refletido pela seo de espalhamento. Da tecnologia do radar, sabe-se que

as ondas eletromagnticas so refletidas por objetos com dimenses maiores que a metade do

comprimento de onda. Tambm, a eficincia com que um objeto reflete ondas eletromagnticas

descrita pela seo transversal de espalhamento e dos objetos que esto em ressonncia com a

frente de onda que os atinge. Da potncia P1, que emitida pela antena do dispositivo de leitura

para o transponder, uma parcela atenuada no espao livre e a outra alcana a antena do

transponder, Figura 3.14. A tenso no dipolo retificada pelos diodos D1 e D2 e utilizada para

ativar ou desativar o modo stand-by do transponder. Essa tenso usada tambm como uma

fonte de alimentao para transmisso em distncias curtas.

A parcela da potncia que refletida pela antena, retorna com o valor P2, que varia de

acordo com as caractersticas da reflexo da antena do transponder, as quais so influenciadas

pela variao da carga conectada ela, e chega ao dispositivo de leitura um valor P2. A fim de

transmitir dados do transponder ao dispositivo de leitura, um resistor RL, conectado

paralelamente antena, ligado e desligado conforme os dados contidos na memria do

transponder. Portanto, a amplitude da onda refletida do transponder para o dispositivo de leitura

modulada por backscatter modulation.

Figura 3.14 Princpio de operao do sistema n-bit transponder por backscatter. [6]

30

3.3.3 Sistema n-bit transponder por acoplamento magntico (sistemas de proximidade)

Nos sistemas de proximidade, projetados para distncias entre 0,1 cm e 1 cm, o

transponder inserido dentro do dispositivo de leitura. As aplicaes que fazem uso deste tipo

de sistema so conhecidas como touch and go.

A disposio funcional da bobina do transponder e da bobina do leitor corresponde

quela de um transformador, Figura 3.15, na qual o dispositivo de leitura representado pelo

enrolamento do primrio e o enrolamento do secundrio representa a bobina do transponder [6].

Ao se introduzir o transponder no dispositivo de leitura, a bobina do transponder posicionada

precisamente na abertura existente no ncleo em forma de U. Uma corrente alternada de alta

freqncia no enrolamento do primrio gera um campo magntico de alta freqncia no ncleo

e na abertura do arranjo em U. Quando o transponder est presente nesse espao, conforme a

Figura 3.15 mostra, a tenso que induzida na bobina do transponder retificada e utilizada

como fonte para o funcionamento do transponder.

Devido tenso induzida na bobina do transponder ser proporcional freqncia da

corrente de excitao, a freqncia selecionada para transferncia de potncia deve ser to

elevada quanto possvel. Na prtica, as freqncias de operao esto entre 1 MHz e 10 MHz, a

fim de manter-se reduzidas as perdas no transformador. Para isso, usado um material (ferrite)

que seja apropriado para a freqncia escolhida. Os sistemas com acoplamento de proximidade

so muito utilizados para transponders constitudos com circuitos integrados contendo memria

e microprocessador devido possurem uma boa capacidade de fornecimento de potncia sendo,

assim, capazes de alimentar tais dispositivos eletrnicos, os quais consomem mais energia.

Figura 3.15 Sistema n-bit transponder por acoplamento magntico (sistema de proximidade)

[6].

31

A modulao de carga com sub-portadora tambm usada para sistemas de proximidade

por acoplamento magntico, como no sistema da Figura 3.15 ou, ainda, para sistemas de

proximidade por acoplamento capacitivo, Figura 3.16, devido pequena distncia que existe

entre o transponder e o dispositivo de leitura. Este tipo de sistema, muito utilizado em sistemas

que utilizam smart cards, tem as caractersticas eltricas, mecnicas e de funcionamento

descrita pela ISO-10536.

Figura 3.16 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico (sistema de proximidade) [6].

3.3.4 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico

Nos sistemas de acoplamento eltrico, o dispositivo de leitura gera um campo eltrico de

alta freqncia e a sua antena consiste em uma placa condutora (eletrodo de placa plana),

Figura 3.17. Quando uma tenso de alta freqncia aplicada ao eletrodo, um campo eltrico

de alta freqncia se forma entre o eletrodo e o potencial terra. As tenses requeridas para esse

sistema variam entre algumas centenas de volts e alguns milhares de volts, as quais so geradas

no dispositivo de leitura pela elevao da tenso em um circuito ressonante. A antena do

transponder composta de duas superfcies condutoras que se encontram em um mesmo plano.

Se o transponder for colocado no campo eltrico do dispositivo de leitura, uma tenso eltrica

induzida entre os dois eletrodos do transponder, suprindo a energia necessria para alimentao.

O circuito equivalente da Figura 3.18 representa um sistema de acoplamento eltrico em

seu modelo simplificado, funcionando como um divisor de tenso entre a capacitncia do

dispositivo de leitura e o transponder (capacitncia CRT) e a resistncia de entrada do

transponder (RL) ou, ainda, com a capacitncia entre o transponder e o potencial terra (CTGND).

As correntes que fluem nas superfcies do eletrodo do transponder so muito pequenas,

32

conseqentemente, nenhuma exigncia particular imposta para a condutividade do material do

eletrodo. Porm, pode-se aumentar a distncia de leitura do sistema variando-se a capacitncia

CTGND.

Ao se colocar um transponder por acoplamento eltrico na zona de interrogao do

dispositivo de leitura, a impedncia de entrada RL do transponder em conjunto com a

capacitncia CRT atua como um circuito ressonante. O amortecimento do circuito ressonante

pode ser comutado entre dois valores atravs do chaveamento do resistor de modulao Rmod

contido no transponder. Por meio desse chaveamento, gerada a modulao em amplitude da

tenso presente na indutncia L1 e da capacitncia C1, conforme o circuito da Figura 3.18.

A modulao (chaveamento) deste resistor feita de acordo com os dados que sero

transmitidos para o dispositivo de leitura, sendo conhecida como modulao de carga (load

modulation).

Figura 3.17 Sistema n-bit transponder por acoplamento eltrico (campo eletromagntico transferindo dados e energia) [6].

33

Figura 3.18 Circuito equivalente do funcionamento do sistema (leitor + meio + transponder) para acoplamento eltrico [6].

3.4 Sistemas RFID seqenciais

Nos sistemas seqenciais, a transmisso de dados e de energia do dispositivo de leitura

para o transponder ocorre de modo alternado. Um sistema seqencial um sistema digital no

qual a sada em determinado instante t depende do valor da entrada neste e em instantes

anteriores [6].

Os sistemas seqenciais so classificados em sncronos e assncronos. Os sistemas

sncronos so aqueles onde as transies ocorrem em instantes discretos definidos por um sinal

de sincronizao, conhecido por clock. Nos sistemas assncronos, as transies podem ocorrer

em qualquer instante, no existindo um sinal de referncia (clock).

3.4.1 Sistemas seqenciais por acoplamento indutivo

Os sistemas seqenciais por acoplamento indutivo operam com freqncias abaixo de

135 kHz, com um acoplamento que criado entre a bobina do leitor e a bobina do transponder,

semelhante ao que ocorre no transformador. A tenso induzida gerada na bobina do transponder

pelo efeito do campo magntico alternado do dispositivo de leitura retificada e pode ser usada

como uma fonte de alimentao. A fim de conseguir uma eficincia mais elevada na

transferncia de dados, a freqncia do transponder deve ser igual ou muito prxima da

freqncia do dispositivo de leitura. Por essa razo, o transponder contm um capacitor

trimming que serve para compensar as diferenas na tolerncia dos componentes eltricos do

sistema e na freqncia de ressonncia.

34

Ao contrrio do que ocorre com os sistemas FDX e HDX, no sistema seqencial o

transmissor do dispositivo de leitura e o transponder no operam de forma contnua. A energia

transferida ao transponder pelo dispositivo de leitura feita em perodos discretos. O

funcionamento do sistema consiste em trs operaes: carga, leitura e descarga, Figura 3.19

[6].

Durante a operao de carga, o dispositivo de leitura alimenta o capacitor do

transponder o qual armazena essa energia a fim de utiliz-la posteriormente para a transmisso

de dados, ou seja, na operao de leitura.

Na operao de leitura, o transmissor desligado ficando apenas em stand-by para

receber as informaes que esto sendo enviadas pelo transponder. Aps esse perodo de

transmisso do transponder, ocorre o perodo de descarga, no qual descarregado o resto da

energia armazenada no capacitor. A capacitncia mnima do capacitor de carga calculada

conhecendo-se a tenso e a potncia mnima exigidas para operao do circuito integrado do

transponder por meio da equao

minmax

.

VV

tI

V

qC

==

(3.3)

em que Vmax e Vmin so os valores limites para tenso de operao, I a corrente de consumo do

chip e t o tempo requerido para a transmisso dos dados do transponder para o dispositivo de

leitura.

Figura 3.19 Fases de operao do sistema seqencial (perodo de carga, leitura e descarga).

Em sistemas seqenciais, Figura 3.19 e Figura 3.20, um ciclo de leitura completo

compreende duas fases: a fase de carregamento do capacitor e a fase de leitura dos dados. O

35

final da operao de carregamento do capacitor detectado pelo dispositivo end of burst

detector, que monitora a tenso na bobina do transponder e reconhece o momento em que o

campo magntico do dispositivo de leitura desligado. Ao final dessa fase, um circuito

eletrnico oscilador contido no transponder, que utiliza o circuito ressonante formado pela

bobina do transponder, determina a sua ativao. O campo magntico alternado gerado pelo

transponder recebido pelo dispositivo de leitura e, embora seja fraco, a relao sinal rudo

para o modo seqencial melhorada em torno de 20 dB em comparao com a transmisso

FDX e HDX [6].

A modulao do sinal de radiofreqncia gerado na ausncia de uma fonte de

alimentao feita atravs da adio, paralelamente ao circuito ressonante, de um capacitor que

ativado no instante de tempo que ocorre o fluxo de dados. Ao fechar a chave do capacitor de

modulao, ocorre um deslocamento na freqncia, o que gera uma modulao FSK. Aps o

perodo de transmisso, ativado o modo de descarga para efetuar a descarga completa do

capacitor.

Figura 3.20 Diagrama de blocos do transponder seqencial da Texas Instruments [6].

3.4.2 Sistema seqencial SAW (surface acoustic wave)

Este tipo de sistema baseado em ondas acsticas de superfcie, ou seja, no efeito

pizoeltrico e na disperso superficial elstica da onda acstica para baixas velocidades. Se um

cristal inico for deformado elasticamente em determinado sentido, as cargas de superfcie

aparecero, o que gera tenses no cristal. Porm, a aplicao de uma carga na superfcie do

cristal conduz a uma deformao elstica na grade do cristal. Os dispositivos SAW geralmente

fazem uso de freqncias na faixa de microondas (2,45 GHz), onde transdutores eletroacsticos

36

e refletores podem ser criados utilizando uma estrutura plana de eletrodos em um substrato

pizoeltrico. Normalmente utilizado um substrato de ltio com um processo

(photolithographic) similar ao usado na microeletrnica para manufatura de circuitos integrados

[6].

A Figura 3.21 e a Figura 3.22 ilustram o layout bsico de um sistema SAW. O

transdutor interdigital posicionado na extremidade do substrato pizoeltrico e uma antena

dipolo apropriada conectada ao seu barramento. O transdutor interdigital usado para

converter sinais eltricos em ondas de superfcie acstica e vice-versa.

Um pulso eltrico aplicado no barramento do transdutor causa uma deformao

mecnica no substrato que, devido ao efeito pizoeltrico entre os eletrodos, gera disperses em

ambos os sentidos na forma de onda de superfcie acstica (SAW). Da mesma forma, a onda de

superfcie acstica que entra no conversor cria um pulso eltrico no barramento do transdutor

devido ao efeito pizoeltrico.

Eletrodos individuais so posicionados ao longo do comprimento do transponder SAW.

Os eletrodos de borda servem para reflexo de uma parcela das ondas de superfcie que entram

no substrato. As barras que compem o refletor normalmente so feitas de alumnio [6].

Figura 3.21 Sistema seqencial SAW (construo do transponder) [6].

O funcionamento do sistema ocorre da seguinte forma: um pulso de explorao de alta

freqncia gerado por um dispositivo de leitura fornecido para a antena dipolo do

37

transponder. No transdutor interdigital, o sinal eltrico convertido em uma onda de superfcie

acstica, a qual percorre o substrato no sentido longitudinal. A freqncia da onda de superfcie

corresponde freqncia da onda produzida pelo pulso de amostragem.

A freqncia da portadora da seqncia de pulsos refletidos corresponde freqncia da

transmisso do pulso de amostragem. Parte da onda de superfcie refletida para fora de cada

uma das tiras reflexivas e parte absorvida na extremidade do substrato. A parcela das ondas

que foram refletidas retorna para o transdutor interdigital, onde essas ondas sero convertidas

em uma seqncia de pulsos de alta freqncia e, a seguir, emitidos pela antena dipolo para o

dispositivo de leitura.

O nmero de pulsos recebidos corresponde ao nmero de tiras reflexivas existentes no

substrato e o atraso entre os pulsos proporcional distncia de separao entre as tiras

reflexivas; ou seja, a informao representada por uma seqncia binria de dgitos

semelhante ao cdigo de barras, porm, sua leitura feita por radiofreqncia ao invs de

leitura ptica.

A velocidade de transferncia e a capacidade de armazenamento de dados de um

transponder SAW dependem do tamanho do substrato e da distncia mnima entre as tiras

reflexivas existentes no substrato. Na prtica, a transferncia de dados, codificados entre 16 e

32 bits, ocorre em uma taxa de 500 kbps [6]. A distncia de leitura desse sistema depende da

potncia do pulso de explorao e pode ser estimada atravs da equao do radar.

(3.4) ( )4 0

422.

....

....

ILNSFTk

tGGPd iRTT

=

onde:

d alcance do pulso emitido pelo transponder SAW.

PT a potncia do pulso emitido pelo dispositivo de leitura.

GT o ganho da antena do dispositivo de leitura.

GR o ganho da antena do transponder.

o comprimento de onda.

F a figura de rudo.

S/N a relao sinal rudo.

38

IL a perda de insero (atenuao adicional).

T0 a temperatura de rudo da antena de recepo.

A Figura 3.22 e a Figura 3.23 ilustram o funcionamento do transponder SAW, onde um

nico pulso enviado pelo dispositivo de leitura ao transponder, e devido ao efeito pizoeltrico

e aos refletores colocados aps o transdutor interdigital, os pulsos retornam aps alguns

microssegundos em resposta ao pulso de excitao.

Figura 3.21 Modelo do transponder SAW [6]

Figura 3.23 Grfico da resposta emitida pelo transponder SAW [6]

39

4. Padronizao

4.1 Introduo

A finalidade da padronizao definir as caractersticas de operao e funcionamento

de equipamentos para que fabricantes distintos possam produzir disp