互动科普

如果智能标签的成本低到1美分一件，那它们就将无处不在。

    设想你走入超市，往购物车中填满商品后，直接走出大门而无需排队等候结帐。就像高速公路的自动收费系统一样，商店出口处的一台电子读取器会自动与购物车中每件商品附带的无线智能标签交互，并把你的购买情况记录到一台联网的计算机中。过一段时间你就会收到购物帐单，也许还是用电子邮件发送的。

智能标签，或者说工程师们所说的无线射频识别（RFID）标签，现今的价格是每件30到50美分。这么高的成本，要把它们贴到大部分消费品上是不经济的。如果能把价格降到每件1美分的水平上，那么零售商以及其他许多商户就能够大规模应用它。甚至可能建立一个全球性的RFID系统，那将大大节省每个人，无论是消费者还是制造商的时间和金钱。这种廉价标签使得制造商可以对整个供应链中多达数十亿件商品进行有效监控，从仓库到商店再到购买者，甚至一直监控到商品变成垃圾的整个过程。

对于硅芯片制造商而言，廉价智能标签已成为一个重要的目标市场。慕尼黑的英飞凌公司是全球第六大半导体制造商，它最近发现了一种制造智能标签的方法，有可能大大降低这些标签的成本。这种标签中的集成电路将直接由交流电而不是直流电来驱动。

RFID标签主要由两个部件组成：硅片以及金属线圈天线。当标签进入一台名为读取器的电子设备周围1m左右时，它的天线就能捕获读取器发送的微弱射频信号。通过磁感应现象就可以从振荡磁场中获取能量，以驱动硅片中的逻辑电路和非易失性存储器。存储器用于记录商品类型、生产日期以及价格等贴有该标签的商品的信息，即使存储器好几年也没有被启用，这些信息也不会丢失。对传入信号进行调制后，通过一个简单的环形天线，标签就可以提取并发送加密数据给读取器，其发送信号的工作频率为13.56MHz。

目前RFID标签的制造成本分为三部分：三分之一用于制造芯片、三分之一用于制造天线，最后三分之一用于包装，即把芯片和天线整合在一起。英飞凌的一位高级研发主管Werner Weber指出：“因此，要制造价值1美分的RFID标签，我们必须削减每一部件的成本。”

约1年前，英飞凌的八位工程师开始研究如何用硅制造廉价的RFID标签。很快他们就找到一条有可能达到目标的道路：使用交流驱动的逻辑电路。采用这一技术后就无需再把外部交流电转化为内部使用的直流电。Weber说：“之所以此前无人研究这个领域是因为没有人想到它还能有什么可能的应用场景。”

他解释说，标准的硅基RFID芯片是由1V或2V直流电源驱动。一般来说，它们包含了体积较大的不同组件，从存储电能的缓冲器到限制功率的二极管，以至发送使电路同步工作的时钟信号的时钟发生器。他说：“直接使用读取器所产生的交流电源，我们就可以去掉很多将交流电转变为直流电的模块。”这样，这些RFID的制造成本将大大降低。

这种使用交流电的思想可以用在制造芯片时采用的倒易逻辑电路的方法来实现。倒易逻辑电路可以分别处理正弦交流输入信号中正和负的部分。一个电路处理正弦波的上升（正）部分，而另一个则处理下降（负）部分。其中一个电路工作时，另一个则被关闭。

一个电路如果要同时处理可变信号的两个部分，那么它的性能会很低。因此重新设计了芯片中用于实现“异或”和“与非”操作的基本逻辑门单元，这样它们在处理交流输入的正或负部分时性能会达到最优。一个半导体开关根据需要开合串连电路。

这种不同寻常的配置方案使得交流RFID芯片的尺寸只有传统芯片的一半左右。使用采取微电路（一个0.13微米的CMOS电路可以进行32位处理）技术制造的晶体管后，实验测试系统的尺寸仅为0.02平方毫米，这大概是一个沙粒的大小。

采用粉末烧结技术，制造天线的成本也能大为减少。这项技术使用便宜的金属粉末，然后逐步增加它们的尺寸，并最终将它们烧结成天线。

为了降低包装费用，英飞凌的工程师开发出一种新工艺。他们扩大了硅片边缘电触点的大小。这种方法使得在连接芯片和天线时可以使用那种低精度大吞吐量的工业化焊接设备。

当给原型系统加以外部交流电后，它的表现达到了开发团队的期望。“我们认为已经从理论上证实了交流供电智能标签这一概念的正确性，”Weber总结说，“这就意味着可以实现1美分的RFID标签。”他预计三年内就可以实现完全可用的设备，而市场导入期将会在6年到10年之间。在此之前，也许是在2到3年后，英飞凌将可能提供10~20美分的硅标签（基于大规模制造以及采用新的制造技术）。

随着RFID标签成本的下降，其应用场景将成指数增长。最终目标是替代目前用于库存控制和智能后勤系统中的磁条。按照市场研究机构ABI公司提供的数字，到2007年全球此类应用市场的份额将高达每年10亿美元。

如果在未来数年内，智能标签确实被应用到大部分消费品上，商店的常客——小偷会发现他们的运气越来越差。假如RF1D标签读取器找不到篮子中货物的合适的付帐帐户，它只要关闭商店的自动门就可以阻止这个坏蛋出去了。

何毓嵩/译

杨光/校