HF NFC Transponder Design

Transponderbasierte Sensorik, Security und Speziallösungen für NFC und RFID auf Basis von ISO 15443, ISO 15693/ISO 18000-3

Kundenspezifische HF und NFC Transponder

Drei 13.56 MHz Transponder assembliert in Kunststoff“
© Fraunhofer IMS
Drei 13.56 MHz Transponder assembliert in Kunststoff

Passive Hochfrequenz (HF) und Near-Field-Communication (NFC) sind batterielose Systeme, die aus einem ASIC, einer Antenne und dem Trägermaterial bestehen. Die Energie zum Betrieb wird aus dem Feld des Lesegerätes gewonnen, zusätzlich werden Befehle über das Feld vom Lesegerät an den Transponder gesendet, auf welcher der Transponder antwortet (»transmit and response« - Transponder). Der ASIC enthält dafür verschiedene Schaltungsblöcke. Neben dem analogen Frontend, welches beispielsweise  Versorgungsspannungen regelt, existiert noch ein Digitalteil. Der Digitalteil führt die Datenverarbeitung durch und greift auf ein integrierten, nicht-flüchtigen Speicher zu, bei welchem es sich normalerweise um ein EEPROM handelt. Im typischen Anwendungszenario liest das Lesegerät über die Luftschnittstelle den Speicherinhalt aus diesem EEPROM aus.

Solche passiven HF und NFC Transponder für 13,56 MHz zur Kennzeichnung sind in der modernen Produktionslogistik der Industrie fast nicht mehr wegzudenken. In der Industrie werden mit dieser Transponderart Halbzeuge gekennzeichnet um deren Fortschritt durch die Fertigung zu überwachen und um »Herstellvarianten« zu markieren. Dabei werden halbzeug-spezifische Daten auf dem internen EEPROM-Speicher des Transponders abgelegt.

Ein Beispiel ist die Automobil-Industrie, bei der die zukünftige Ausstattung und Farbe einer Rohkarosserie auf den Transponder gespeichert wird. Wird der Transponder von Lesegeräten am Rand der Produktionsstraße ausgelesen, kann ein Computersysteme die Karosserie automatisiert in die korrekte Lackierstraße leiten – oder die Fertigungsstraße wird automatisiert just-in-time mit den benötigten Sportsitzen beliefert.

Solche Transponder-basierten Kennzeichnungen ermöglichen überhaupt erst die Herstellung von Unikaten in einer Produktionsstraße, wie sie im Automobilbereich vorkommen. Diese Lösungen gibt es bereits am Markt. Unsere Lösungen sind versatiler und zukunftsorientiert dank Sensorik. So könnte man mit dem Transponder direkt an der frisch lackierten Karossiere die Temperatur für den Trocknungsvorgang überwachen und die Temperatur nachregeln für ein optimales und energie-/kostenschonendes Ergebnis. Oder Defekte an der Heizung erkennen – und damit einen teuren Ausfall prognostizieren und schadhafte Halbzeuge vermeiden.

Diese Idee lässt sich mit vielen Anwendungen und verschiedenen Sensor-Elementen beliebig weiter entwickeln und bildet die Basis für den Gedanken von »Industrie 4.0«, bei dem das Erfassen und anschließende Auswerten solcher Information die zentrale Rolle ist. Im ersten Schritt entwickelt das Fraunhofer IMS derzeit Transponder-ASICs mit SPI und I2C Interface, über die eine Vielzahl an verschiedenen Sensoren angeschlossen werden können. Diese Schnittstellen lassen sich über das Lesegerät mittels Protokolltunnel steuern, dadurch lässt sich – egal was angeschlossen ist – jeder beliebige Datensatz über die Luftschnittstelle auf das SPI/I2C Interface bringen. Damit lassen sich kostengünstig RFID-Sensor-Systeme für die verschiedensten Industrie 4.0 Applikationen aufbauen. Gerne entwickeln wir auch genau den passenden Transponder ASIC & Antennen nach Kundenanforderung.

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