CHIP ID. TECNOLOGÍA. SIN CONTACTO

  Los elementos de identificación con chip sin contactos permiten el acceso al chip mediante radiofrecuencia (puede considerarse a estos elementos como una memoria a la que se pueden leer y escribir datos a distancia sin tener visión directa ni contacto con la misma). Esta técnica es conocida como RFID (Radio Frequency IDentification; Identificación automática de personas y objetos mediante radiofrecuencia) y en ella hay dos componentes básicos, el transponder (“trans.mitter-res.ponder”, formado por un chip de muy bajo consumo y cierta capacidad de memoria conectado a una antena) y el interrogador (habitualmente llamado lector-codificador, o simplemente lector, que puede realizar, en general, funciones de lectura y escritura al elemento RFID) que transmite y recibe una señal de radiofrecuencia (que puede contener datos). En general, también se precisará de un sistema de control que gestione la información.

  Estos elementos pueden obtenerse en muy diversos formatos. Aunque la nomenclatura acerca de los mismos varía un poco, en general, un transponder realizado sobre un soporte (normalmente flexible) se conoce como “inlay”. Un “inlay” auto-adhesivo es conocido como “wet” (húmedo; por contra del que no tiene adhesivo, conocido como “dry”, seco), un “inlay” con cubierta de papel será un ticket o etiqueta (según la aplicación), y un “inlay” encapsulado en algún modo será un “tag” (en formato tarjeta, disco, llavero, brazalete, cápsula, especiales, .. y con muy diversos materiales según la aplicación).

  Según la distancia de comunicación requerida, estos elementos son conocidos como de “close coupling” (menos de 1 cm), “proximity” (hasta unos 10cm), “vicinity” (hasta aproximadamente 1m) o “long range” (más de 1 m). Cuando son de tipo “proximity” y el formato del “tag” es de tarjeta, la RFID se identifica normalmente como tarjeta inteligente sin contacto (“Contactless Smart card”). En la mayoría de los casos, existen estándares de funcionamiento aprobados (ISO14443, ISO15693, ..).

  Según sea la memoria del chip, estos elementos pueden ser de solo lectura (ROM), de una escritura y múltiples lecturas (WORM) o de lectura/escritura (SRAM, EEPROM, FRAM, ..). Por otra parte, existen diversas soluciones según el método usado para incorporar datos en la señal de radiofrecuencia (normalmente algún modo de modulación de amplitud, ASK “Amplitude Shift Keying”), así como según el método de codificación de dichos datos y el protocolo usado en la comunicación (tipo Manchester en muchos casos).

  Los rangos de frecuencia normalmente usados en estos elementos son, en general, frecuencias libres ISM (“for Industrial, Scientific and Medical applications”) de baja frecuencia (LF, 30 a 300KHz, en general 125 o 134,5KHz), alta frecuencia (HF, 3 a 30MHz, habitualmente 13,56MHz), y ultra-alta frecuencia (UHF, 300MHz a 3GHz, en la frecuencia de 433MHz y 2,45GHz y, más normalmente, en la banda SRD, “for Short Range Devices”, de 860 a 960MHz). En el caso de los elementos de UHF el rango de frecuencias usado es distinto según la zona geográfica: en Europa, por ejemplo, está admitida la frecuencia ISM de 869,525MHz (869,4 a 869,65MHZ, ETSI EN300220) y la banda de 865 a 868MHz (ETSI EN302208).También se ha usado en algunos casos la frecuencia super-alta (SHF, 3 a 30GHz) de 5,8GHz. No hay una frecuencia que sea la “solución universal” para todo tipo de aplicaciones y situaciones.

  Según obtengan la alimentación, los “tags” pueden ser pasivos (sin batería, alimentados por el propio campo del interrogador), semipasivos (o semiactivos, con alimentación propia para el chip pero usando el campo del interrogador para la comunicación) y activos (con alimentación, batería, y transmisor propios para la comunicación). Los elementos activos (y semi-activos) permiten mayores rangos de lectura aunque, en general, tienen una duración más limitada, y mayor tamaño y coste; normalmente usan las frecuencias UHF ISM de 433MHz y 2,45GHz.

  El principio de funcionamiento de los elementos pasivos se basa en la activación del chip a partir de la radiofrecuencia emitida por el interrogador, iniciándose entonces la comunicación entre ambos mediante la modulación de dicha radiofrecuencia y, consecuentemente, la posible lectura y/o escritura de la memoria del elemento RFID (con distintos niveles de seguridad según el chip utilizado). En general los chips usados en estos elementos (pasivos o activos) incorporan un identificador único (en memoria ROM de solo lectura) para cada uno de ellos, y contemplan un protocolo de anticolisión que permite al interrogador gestionar la respuesta simultánea de todos los que hayan podido ser activados simultáneamente por el campo del mismo (la cantidad y velocidad posibles dependen de la tecnología usada).

  Cuando están activados los elementos RFID, pueden esperar órdenes del interrogador (RTF, “Reader talks First”), o emitir previamente el identificador y quedar a la espera de órdenes (TTF, “Tag talks First”), o emitir toda la posible información necesaria continuamente en intervalos fijos o aleatorios (TTO, “Tag Talks Only”). Asimismo, los interrogadores pueden analizar el entorno radioeléctrico antes de iniciar una comunicación (LBT, “Listen Before Talk”) con el fin de intentar evitar interferencias en el caso de situaciones con muchos lectores cercanos.

  Se pueden distinguir dos campos alrededor de un emisor de radiofrecuencia (como la antena de un interrogador), un campo cercano (“near field”) en que los campos eléctrico y magnético generados pueden considerarse independientemente, y un campo lejano (“far field”) en que el campo electromagnético (EM) se separa de la antena y se propaga como una onda con una relación fija entre ambos campos. El límite entre ambas zonas se conoce como esfera radiante, cuyo radio aproximado es igual a 2D²/l (siendo D la longitud máxima de la antena usada y l la longitud de onda). En el campo cercano la potencia disponible decrece rápidamente de modo proporcional a la sexta potencia de la distancia (el campo magnético decrece con el cubo de la distancia), mientras que en el campo lejano decrece proporcionalmente al cuadrado de la misma (los campos eléctrico y magnético decrecen proporcionalmente a la distancia).

  En el campo cercano, por la separación de campos magnético y eléctrico, los elementos RFID pueden usar un acoplamiento simplemente inductivo (similar a un transformador) y los elementos de acoplamiento, por tanto, no son antenas en sentido estricto sino bobinas. Es el caso habitual de los elementos de LF y HF, en que normalmente se trabaja dentro de la esfera radiante debido al tamaño de la longitud de onda (unos 2,4Km a 125KHz, y unos 22m a 13,56MHz). También puede usarse en UHF (longitud de onda de unos 34,5cm a 868MHz), aprovechando además el hecho de que la tensión inducida en una bobina situada en un campo magnético es proporcional a la intensidad y frecuencia del mismo (a mayor frecuencia, mayor eficiencia). Realmente, en estos casos, las “antenas” son circuitos LC que, cuando se exponen a la frecuencia a la que están sintonizados (resonancia), tienen impedancia mínima y maximizan la transferencia de energía del interrogador al transponder, siendo importante en este caso el factor de calidad (Q) de dicho circuito.

  En el campo lejano realmente se radía energía, las antenas lo son en su concepto clásico y, por tanto, cuando la onda EM llega a la antena del transponder (alguna forma de dipolo) este absorbe parte de la energía para su funcionamiento y una pequeña parte se refleja hacia el interrogador (“backscatter”, retrodifusión). Es el caso habitual de los elementos de UHF en que la esfera radiante tiene un radio más pequeño. La transferencia óptima se obtiene con un dipolo de longitud igual a la mitad de la longitud de onda de la señal.

  Las aplicaciones de este tipo de elementos están en todos los ámbitos … control de accesos, peajes, transporte, identificación de vehículos, control de equipajes, bibliotecas, identificación animal, logística, autentificación, hospitales, distribución, trazabilidad, identificación de artículos, venta al por menor, …