Impinj oder NXP für RFID-Wäschetiketten? Worauf es wirklich ankommt

Bei der Entwicklung oder Auswahl eines RFID-Wäscheetiketts stellt sich unweigerlich die Frage nach der Wahl des ICs. Die Auswahl eines RFID-ICs darf sich jedoch nicht allein auf die Angaben im Datenblatt stützen.

Impinj und NXP sind zwei etablierte Anbieter von RAIN-RFID-Tag-ICs und bieten beide leistungsstarke Lösungen für RFID-Anwendungen auf Artikelebene an. Derzeit stellen die M800-Serie von Impinj und die UCODE-Familie von NXP zwei wichtige Technologiepfade dar, die RFID-Tag-Entwicklern zur Verfügung stehen.

Es ist verlockend, sie anhand einiger Zahlen aus einem Datenblatt – Lesesensitivität, Speichergröße oder Schreibgeschwindigkeit – zu vergleichen und daraus zu schließen, dass ein IC besser ist als ein anderer.

Bei RFID in der Wäscherei ist die Antwort selten so einfach.

Ein RFID-IC funktioniert nicht eigenständig. Seine tatsächliche Leistung hängt von der Antenne, dem Aufbau des Tags, dem Textilmaterial, der Infrastruktur des Lesegeräts und den Bedingungen an den einzelnen Lesepunkten ab.

Anstatt also zu fragen, welche Marke den “besseren” IC herstellt, lautet eine sinnvollere Frage:

Welche IC-Eigenschaften sind tatsächlich von Bedeutung, wenn das fertige Etikett in einer industriellen Wäscherei zum Einsatz kommt?

Die IC-Landschaft hat sich verändert

Viele Jahre lang konzentrierte sich die Auswahl von ICs für universell einsetzbare UHF-RFID-Tags auf etablierte Plattformen wie die Impinj-Monza-Serie und die NXP-UCODE-Familie.

Die neuesten Generationen haben die HF-Leistung weiter verbessert.

Die M800-Serie von Impinj umfasst derzeit die Modelle M830 und M850. Beide bieten eine spezifizierte Lesempfindlichkeit von -25,5 dBm und unterstützen neben dem Standardbetrieb nach RAIN RFID / GS1 Gen2v2 auch Impinj Gen2X. Der wesentliche Unterschied hinsichtlich des Speichers besteht darin, dass das M830 über einen 128-Bit-EPC-Speicher ohne Anwenderspeicher verfügt, während das M850 einen 96-Bit-EPC-Speicher sowie einen 32-Bit-Anwenderspeicher bietet.

Auf Seiten von NXP sind UCODE 9 und UCODE 9xe nach wie vor etablierte Hochleistungsplattformen. Beide bieten eine spezifizierte Leseempfindlichkeit von -24 dBm. UCODE 9xe erweitert den EPC-Speicher von 96 Bit auf 128 Bit und behält dabei die gleiche HF-Leistung wie UCODE 9 bei.

Der neuere UCODE X setzt neue Maßstäbe bei der HF-Leistung: NXP gibt eine Leseempfindlichkeit von -26,2 dBm und eine Schreibempfindlichkeit von -23 dBm an, gepaart mit einer flexiblen Konfiguration des EPC- und Benutzerspeichers.

Auf dem Papier lassen sich diese Unterschiede leicht vergleichen.

Ein Wäschereibetreiber verwendet jedoch keine IC-Karte.

Sie verwenden ein Fertiges RFID-Wäscheschild als Teil eines kompletten RFID-Systems.

Diese Unterscheidung hat Auswirkungen darauf, wie diese Spezifikationen auszulegen sind.

Eine höhere IC-Empfindlichkeit bedeutet nicht automatisch ein besseres Wäscheetikett

Die Lesesensitivität ist in der Regel die erste Angabe, die man vergleicht.

Ein empfindlicherer IC benötigt weniger empfangene HF-Leistung, um betriebsbereit zu werden. Grundsätzlich kann dies eine größere Lesereichweite ermöglichen, den Einsatz kleinerer Antennen ermöglichen oder dem Tag unter schwierigen Bedingungen eine größere HF-Reserve verschaffen.

All das ist nützlich.

Aber die Beziehung ist nicht:

Höhere Empfindlichkeit = proportional größere Lesereichweite = besseres Wäscheetikett.

Der IC ist nur ein Teil des HF-Designs.

Die Antenne bestimmt, wie effektiv HF-Energie aufgenommen und an den IC weitergeleitet wird. Ihre Geometrie, die Impedanzanpassung, die Betriebsbandbreite und die Wechselwirkung mit den umgebenden Materialien können die Leistung des fertigen Tags erheblich beeinflussen.

Wäscheetiketten bringen zusätzliche Variablen mit sich.

Sie können in Leinen eingenäht, in einen Saum eingelegt, auf Textilien heißversiegelt oder in Kleidungsstücke integriert werden. Sie können zusammen mit dem Textil gefaltet, zu Stapeln zusammengepresst oder von feuchtem Leinen umgeben sein. Ihre Ausrichtung gegenüber der Lesegerätantenne wird selten gesteuert.

Ein gut ausgearbeitetes RFID-Wäsche-Tag Ein auf einem ausgereiften IC basierendes System kann daher ein Tag mit einem neueren und empfindlicheren IC übertreffen, wenn letzteres als Gesamtdesign nicht ordnungsgemäß optimiert wurde.

Für RFID in der Wäscherei, Eine höhere IC-Empfindlichkeit sollte eher als zusätzliche technische Reserve betrachtet werden und nicht als Garantie für eine bessere Leistung des Tags.

Dieser Spielraum kann dennoch wertvoll sein.

Dadurch kann ein Entwickler möglicherweise die Abmessungen der Antenne verringern, die Leistung bei schwierigen Ausrichtungen verbessern, durch die Tag-Verpackung verursachte Verluste ausgleichen oder eine größere Toleranz für anspruchsvolle textile Umgebungen schaffen.

Der Nutzen muss letztendlich auf der Ebene des fertigen Etiketts nachgewiesen werden.

Die Umgebung in der Wäscherei verändert das HF-Problem

Gewerbliche Wäschereien sind besonders hilfreich, um zu verstehen, warum Vergleiche anhand von Datenblättern ihre Grenzen haben.

Ein Wäscheetikett verbleibt während seiner gesamten Lebensdauer nicht in einer einzigen kontrollierten HF-Umgebung.

Das gleiche Etikett kann gelesen werden, während die Textilien verschmutzt, nass, locker gestapelt, dicht gepackt, gefaltet, auf einem Förderband transportiert oder als sauberes Lagergut gelagert sind.

Betrachten wir einige typische Lesepunkte.

Annahme von Schmutzwäsche

Die angelieferten Textilien können in Säcken, auf Rollwagen oder in großen Stapeln ankommen.

Die Etiketten können dicht beieinander liegen und eine unvorhersehbare Ausrichtung aufweisen, und Textilien können erhebliche Feuchtigkeit enthalten.

Unter diesen Umständen besteht die Herausforderung nicht darin, die größtmögliche Lesereichweite eines einzelnen Tags zu erreichen.

Das System benötigt eine ausreichende HF-Reserve und einen gut konzipierten Lesebereich, um eine große, heterogene Tag-Population zuverlässig zu identifizieren.

Sortieren

Die automatisierte oder halbautomatisierte Sortierung stellt andere Anforderungen.

Artikel können mit hoher Geschwindigkeit einen festgelegten Lesepunkt passieren. Die verfügbare Lesezeit wird kürzer, und eine zuverlässige Bestandserfassung gewinnt zunehmend an Bedeutung.

Hier können sowohl die Leistung des Tags als auch die Möglichkeiten auf Leserseite das Ergebnis beeinflussen.

Bestand an sauberer Wäsche

Nach dem Waschen und der Nachbehandlung können Textilien gefaltet und dicht gestapelt werden.

Die Umgebung ist sauberer und berechenbarer, doch die Ausrichtung und Stapelung der Tags können nach wie vor Herausforderungen im Bereich der Hochfrequenztechnik mit sich bringen.

Auch hier gilt: Eine einheitliche Leistung über den gesamten Stack hinweg ist in der Regel wertvoller als eine außergewöhnlich hohe maximale Lesereichweite eines einzelnen, optimal positionierten Tags.

Lesen mit dem Handheld

Die Bestandserfassung per Handheld-Gerät schafft eine weitere RF-Umgebung.

Die Position, Entfernung und Ausrichtung des Lesegeräts ändern sich ständig. Auch der menschliche Körper und die umgebende Textilmasse können die Ausbreitung der Hochfrequenzwellen beeinflussen.

Ein Tag, das in einem Tunnel mit fest installierten Lesegeräten eine außergewöhnlich gute Leistung erbringt, bietet bei der Bestandserfassung mit Handlesegeräten nicht unbedingt denselben relativen Vorteil.

Aus diesem Grund sollte die Auswahl von ICs für Wäschereianwendungen anhand folgender Kriterien bewertet werden: tatsächliche Messpunkte im Betrieb, anstatt eines einzelnen Laborwerts aus dem Messbereich.

Wo M800 und Gen2X den Unterschied ausmachen können

Die Impinj M800-Serie wirft eine weitere Überlegung auf, da ihre Leistungsfähigkeit über die herkömmliche IC-Empfindlichkeit hinausgeht.

M830 und M850 entsprechen weiterhin dem RAIN-RFID-Standardschnittstellenprotokoll, sodass darauf basierende Tags mit standardkonformen Lesegeräten betrieben werden können. Gleichzeitig unterstützen sie Impinj Gen2X.

Bei kompatibler Infrastruktur bietet Gen2X Leistungsverbesserungen in Bereichen wie der Lesbarkeit von Tags, der Bestandserfassungsgeschwindigkeit, der Tag-Filterung und der Kommunikation zwischen Lesegerät und Tag.

Diese Unterscheidung ist wichtig.

Nach gängiger Auffassung konzentriert man sich bei der Verbesserung der Lesbarkeit von Tags oft in erster Linie auf die Vorwärtsverbindung – das Lesegerät liefert genügend Energie, um den IC zu aktivieren.

Für einen erfolgreichen Lesevorgang ist es jedoch auch erforderlich, dass die Antwort des Tags vom Lesegerät zuverlässig empfangen und decodiert wird.

Gen2X befasst sich mit Aspekten dieser Kommunikation auf Systemebene.

Bei einer Anwendung in der Wäscherei mit einer hohen Anzahl an Tags oder Lesepunkten mit hohem Durchsatz könnte dies erhebliche Vorteile mit sich bringen.

Es gibt jedoch eine wichtige Einschränkung:

Der Nutzen von Gen2X hängt von der Lesegeräteinfrastruktur und der Auslegung des Wäschesystems ab.

Wenn eine Wäscherei eine Standard-Gen2-Infrastruktur ohne Gen2X-Unterstützung nutzt, kann ein M830- oder M850-Tag dennoch normal funktionieren und von den zugrunde liegenden HF-Eigenschaften des ICs profitieren. Das System erhält jedoch nicht automatisch alle zusätzlichen Gen2X-Leistungsmerkmale.

Daher macht es wenig Sinn, sich allein deshalb für den M800 zu entscheiden, weil er Gen2X unterstützt, es sei denn, man berücksichtigt dabei auch die Lesumgebung und die zukünftige Systemarchitektur.

Dies ist ein gutes Beispiel dafür, warum die Auswahl von RFID-ICs für die Wäscherei zunehmend eine Systementscheidung, nicht nur eine Tag-Entscheidung.

Wo UCODE 9 nach wie vor Sinn macht

Neuer bedeutet nicht automatisch, dass es notwendig ist.

UCODE 9 hat sich zu einer ausgereiften Plattform mit einer spezifizierten Empfindlichkeit von -24 dBm entwickelt, und es wurden bereits zahlreiche Tag- und Antennenkonstruktionen auf dieser Basis entwickelt.

Diese Reife hat praktischen Wert.

Bei einem bestehenden Design für Wäscheetiketten, das bereits die erforderliche Leseleistung, Haltbarkeit und Produktionsstabilität bietet, dürfte die Umstellung auf einen anderen IC – allein aufgrund der im Datenblatt angegebenen höheren Empfindlichkeit – kaum operative Vorteile bringen.

Der Austausch eines ICs kann eine erneute Bewertung der Antenne, Leistungstests und eine Validierung in der Produktion erforderlich machen. Bei einem Wäsche-Tag können zudem wiederholte Waschtests und Tests auf Anwendungsebene erforderlich sein, bevor eine neue Konfiguration als gleichwertig mit dem bestehenden Produkt angesehen werden kann.

Wenn das vorhandene Tag bereits einen ausreichenden Systemspielraum bietet, kann es technisch gesehen die richtige Entscheidung sein, es unverändert zu lassen.

Daraus ergibt sich ein wichtiger Grundsatz:

Eine IC-Aktualisierung ist nur dann sinnvoll, wenn sie ein tatsächliches Leistungs- oder Designproblem löst.

Spielt der zusätzliche Speicher des UCODE 9xe bei der Wäsche eine Rolle?

UCODE 9xe veranschaulicht ein weiteres häufiges Problem bei der Auswahl von integrierten Schaltungen.

Es bietet einen 128-Bit-EPC-Speicher anstelle der 96-Bit-EPC-Konfiguration von UCODE 9, wobei die spezifizierte HF-Leistung beibehalten wird.

Ist das besser für die Wäsche?

Nicht unbedingt.

In vielen Wäscheverwaltungssystemen dient das Etikett in erster Linie als eindeutige Kennung. Informationen wie Art des Artikels, Zugehörigkeit zum Kunden, Waschhistorie, Umlaufzahl, Standort und Lebenszyklusstatus werden in der Softwareplattform verwaltet und nicht wiederholt auf das RFID-Etikett geschrieben.

In einer solchen Architektur dürfte zusätzliche EPC-Kapazität nur einen geringen betrieblichen Nutzen bieten.

Es gibt jedoch Projekte, bei denen aufgrund eines bestehenden Identifikationsschemas, einer Integrationsarchitektur oder einer Kundenspezifikation eine längere Kodierungsstruktur erforderlich ist. In diesen Fällen kann ein 128-Bit-EPC-Speicher zu einem berechtigten Auswahlkriterium werden.

Die Entscheidung sollte daher von der Datenarchitektur bestimmt werden.

Wählen Sie nicht einfach mehr Tag-Speicher aus, nur weil mehr Speicher verfügbar ist.

Bei den meisten Wäschesystemen ist die wichtigere Frage, ob das Etikett an jedem erforderlichen Prozessschritt zuverlässig identifiziert werden kann.

Was ändert sich mit UCODE X?

Die Einführung von UCODE X macht den Vergleich noch interessanter.

Mit einer angegebenen Leseempfindlichkeit von -26,2 dBm bietet es auf dem Papier eine deutlich größere HF-Reserve als frühere UCODE-Generationen. Zudem zeichnet es sich durch eine verbesserte Schreibempfindlichkeit, eine schnellere Codierung und eine flexible Speicherzuweisung aus.

Beim Design von Wäscheetiketten ist nicht einfach nur die Zahl selbst der interessanteste Aspekt.

Die eigentliche Frage ist, welche Möglichkeiten diese zusätzliche HF-Marge dem Tag-Entwickler eröffnet.

Möglicherweise kann es für folgende Zwecke genutzt werden:

• die Lesbarkeit innerhalb eines bestehenden Tag-Formats verbessern;
• die Abmessungen der Antenne verringern;
• die durch die Gehäuse verursachten HF-Verluste auszugleichen;
• die Leistung bei ungünstigeren Tag-Ausrichtungen verbessern;
• zusätzliche Auslegungsreserven über verschiedene Betriebsfrequenzen hinweg bieten.

Jede dieser Möglichkeiten muss jedoch überprüft werden.

Wäscheetiketten unterliegen im Vergleich zu Einwegetiketten aus dem Einzelhandel relativ ungewöhnlichen mechanischen und materialbezogenen Anforderungen. Die Antennenkonstruktion muss wiederholten Biegebelastungen und Verarbeitungsprozessen standhalten, während die Verkapselungs- und Befestigungsmethoden das HF-Design beeinflussen.

Der Wechsel von UCODE 9 zu UCODE X sollte daher nicht als einfacher Austausch des Chips betrachtet werden.

Die entscheidende Frage lautet:

Kann der neue IC ein messbar besseres Wäscheetikett ermöglichen oder eine Einschränkung beseitigen, die mit dem bestehenden Design nicht zu bewältigen ist?

Falls die Antwort „Ja“ lautet, könnten eine Neugestaltung und eine Validierung sinnvoll sein.

Wenn das vorhandene Tag die Leistungsanforderungen der Anwendung bereits übertrifft, dürfte die zusätzliche IC-Funktionalität nur einen begrenzten praktischen Nutzen bieten.

Die Waschbeständigkeit ist keine IC-Spezifikation

Es gibt noch einen weiteren wichtigen Unterschied, der beim Vergleich von RFID-ICs manchmal übersehen wird.

Weder Impinj noch NXP legen allein anhand der IC-Spezifikation fest, ob ein fertiges Wäschetikett einem industriellen Waschvorgang standhält.

Die Waschbeständigkeit beruht in erster Linie auf der durchgehenden Etikettenkonstruktion.

Dazu gehören:

• Chip-Antennen-Verbindung;
• Material und Aufbau der Antenne;
• Kapselung;
• Abdichtung;
• mechanischer Schutz;
• Befestigungsmethode;
• Hitze-, Druck- und Chemikalienbeständigkeit.

Ein IC mit hervorragender HF-Leistung kann dennoch Teil eines unzuverlässigen Wäscheetiketts werden, wenn der Antennenanschluss oder die Vergussmasse nach wiederholtem Waschen versagt.

Ebenso muss ein langlebiges Etikett nicht nur seine physische Unversehrtheit bewahren, sondern auch über seine vorgesehene Lebensdauer hinweg eine stabile HF-Leistung aufweisen.

Aus diesem Grund sollten Waschzyklusprüfungen und HF-Prüfungen nicht als getrennte Themen behandelt werden.

Ein Tag, das nach wiederholtem Waschen zwar physisch intakt bleibt, aber eine erhebliche Einbuße bei der Leseleistung aufweist, hat die Anforderung nicht vollständig erfüllt.

Für die industrielle Wäscherei, Die HF-Stabilität über die gesamte Lebensdauer des Tags ist wichtiger als die Spezifikationen des ICs am ersten Tag.

Welchen IC sollte ein RFID-Tag für die Wäscherei also verwenden?

Es gibt keine allgemeingültige Antwort wie “Entscheiden Sie sich für Impinj bei dieser Anwendung” oder “Entscheiden Sie sich für NXP bei jener Anwendung”.”

Ein besserer Auswahlprozess beginnt mit den Anforderungen an das fertige Etikett und das System.

Wenn eine ausgereifte IC-Plattform die Anforderungen bereits erfüllt

Wenn ein bereits vorhandener UCODE 9 oder ein bewährter Impinj-basierter Wäschesender eine ausreichende Lesereichweite, eine stabile Fertigungsqualität und eine nachgewiesene Waschbeständigkeit bietet, gibt es möglicherweise kaum einen Grund, ihn zu ersetzen.

Reife an sich hat einen Wert.

Wenn mehr HF-Sicherheitsspanne benötigt wird

Wenn für ein Projekt ein kleineres Tag erforderlich ist, schwierige Lesebedingungen vorliegen oder eine größere Auslegungsreserve benötigt wird, sind neuere, hochempfindliche ICs wie M830/M850 oder UCODE X besonders interessant.

Das fertige Tag sollte dennoch im Hinblick auf den neuen IC neu gestaltet oder validiert werden, anstatt davon auszugehen, dass sich die Verbesserungen im Datenblatt direkt auf die Anwendungsleistung auswirken.

Wenn Gen2X-Infrastruktur Teil des Systems ist

Dort, wo eine kompatible Lesegeräte-Infrastruktur vorhanden ist und das Auslesen in dicht besiedelten Gebieten oder mit hohem Durchsatz eine wichtige Rolle spielt, sollte die M800-Serie nicht nur als IC, sondern auch als Teil eines umfassenderen Gen2X-fähigen Systems in Betracht gezogen werden.

Wenn sich die Anforderungen an den EPC oder den Benutzerspeicher unterscheiden

Die Speicheranforderungen können die Auswahl zwischen den Modellen M830, M850, UCODE 9, UCODE 9xe und neueren Optionen mit konfigurierbarem Speicher einschränken.

Der Speicher sollte sich jedoch am Datenmodell der Anwendung orientieren und dieses nicht bestimmen.

Wenn eine bestehende Wäschereianlage modernisiert wird

Vor einem Wechsel des Tag-ICs sollte die Kompatibilität mit bereits installierten Lesegeräten, Antennen, Software und bestehenden Lesebereichen geprüft werden.

Ein IC mit besseren Spezifikationen im Datenblatt rechtfertigt keine Destabilisierung eines bewährten Systems, es sei denn, es führt zu einer spürbaren Verbesserung der Betriebsleistung.

Prüfen Sie das Etikett, nicht nur den Chip

Die zuverlässigste Methode, um bei einem RFID-Projekt für Wäschereien zwischen Impinj und NXP zu entscheiden, ist letztendlich die empirische.

Entwickeln Sie repräsentative Tag-Designs und testen Sie diese unter den relevanten Bedingungen.

Im Rahmen unserer eigenen Entwicklungs- und Evaluierungsarbeiten zu RFID-Tags führen wir unter kontrollierten Bedingungen Vergleichstests zur Leistung von ICs und Tags durch, einschließlich Bewertungen verschiedener IC-Generationen und -Konfigurationen. Diese Tests helfen uns zu verstehen, wie sich die auf IC-Ebene beobachteten Unterschiede auf die Leistung der fertigen Tags und das Systemverhalten auswirken.

Das bedeutet, dass man über einen einfachen Messbereichstest im freien Raum hinausgehen muss.

Eine aussagekräftige Bewertung von RFID-Systemen in der Wäscherei sollte folgende Aspekte berücksichtigen:

• trockene und nasse Textilien;
• verschiedene Wäsche- und Bekleidungsstoffe;
• realistische Befestigungspunkte für Etiketten;
• gefaltete und gestapelte Textilien;
• zufällige Ausrichtungen der Tags;
• große Tag-Populationen;
• stationäre und tragbare Lesegeräte, sofern zutreffend;
• tatsächliche Betriebsfrequenzbereiche;
• relevante Messwerte des Waschvorgangs;
• HF-Leistung vor und nach wiederholten Waschgängen.

Das Ziel besteht nicht darin, festzustellen, welcher IC einen Laborvergleich gewinnt.

Das ist auch der Grund, warum Die Leistung von Textil-RFID muss auf Systemebene bewertet werden, und nicht allein anhand der Spezifikationen einzelner Komponenten.

Das Ziel besteht darin, festzustellen, welches fertige Etikett eine ausreichende und wiederholbare Leistungsreserve innerhalb des vorgesehenen Wäschesystems bietet.

Was wirklich zählt

Impinj und NXP treiben die Leistungsfähigkeit von RAIN-RFID-ICs auf unterschiedliche Weise weiter voran.

Die Impinj M800-Serie vereint eine hohe Empfindlichkeit auf IC-Ebene mit Gen2X-Fähigkeiten, die die Leistung auf die Leser- und Systemumgebung ausweiten können. Die UCODE 9- und 9xe-Lösungen von NXP sind nach wie vor ausgereifte Hochleistungsplattformen, während UCODE X einen weiteren bedeutenden Fortschritt in Bezug auf HF-Empfindlichkeit und Designflexibilität darstellt.

Diese Unterschiede sind von Bedeutung.

In der Gewerbewäscherei spielen sie jedoch nur im Zusammenhang mit dem gesamten Etikett und dem gesamten System eine Rolle.

Eine Verbesserung um 1 oder 2 dB gegenüber den Angaben im IC-Datenblatt kann eine nützliche technische Reserve schaffen. Dies kann dazu beitragen, die Tag-Größe zu verringern oder schwierige Lesevorgänge zu verbessern. Es kann jedoch keine schlecht angepasste Antenne, eine ungeeignete Tag-Konstruktion oder einen falsch ausgelegten Lesepunkt korrigieren.

Ebenso schaffen fortschrittliche Protokollfunktionen nur dann einen Mehrwert, wenn die umgebende Infrastruktur sie nutzen kann.

Bei RFID-Wäscheetiketten lautet die richtige Frage daher nicht: “Ist Impinj besser als NXP?”

Es lautet: “Welcher IC bietet diesem Tag-Design und diesem Wäschesystem die Leistungsreserve, die sie tatsächlich benötigen?”

Hier beginnt die sinnvolle Auswahl von RFID-ICs.