様々な省電力オプションがRFIDリーダーのバッテリ寿命と消費電力に与える影響

11.10.2019
Expert article

省電力消費は、バッテリ寿命およびバッテリ式リーダーの動作時間を伸ばします。

バッテリで動作するRFIDリーダーの話をする場合、消費電力と動作時間はとても重要なパラメータです。最大の電波電力で動作させた場合、UHF帯RFIDリーダーは比較的多くの電力を消費するために、UHF帯RFIDリーダーでは特に顕著になります。

ここでは、電力消費を減少させる3つの異なる方法を説明します。
以下のテストは、Nordic ID社製USB RFIDリーダーSTIXを使用して行いました。

RFIDリーダーの電力消費を3つの異なった方法でテストしました。正しいアプローチを選択する限り、この3つの方法すべてが電力を節約する良い方法です。

最初の方法は、実際のリーダーのRF電力レベルを下げることです。ただし、最大読取範囲が減少します。

2つ目の方法は、省電力モードを使用する方法です。これはリーダーが動作していても読取範囲にタグがない場合に電力が減少します。

3つ目の方法は、デューティーサイクル機能を適用するために、ホストアプリケーションにデューティーサイクルまたはファームウェアにRFオフの時間パラメータを使用する方法です。

注:これら3つのアプローチは同時に使用することができます。1つずつこれらのオプションについて調べます。

1. RF電力レベルの削減

RF電力レベルを減らすことは、消費電力を減らす非常に明解な方法です。ただし、リーダーは最大電力時の最大読取範囲で読み取れません。RF電力を半分に減らしても消費電力は半分に減らないため、これは常に電力消費を減らす効率的な方法ではありません。これは、最大出力電力を使用し、低いRF電力レベルで効率が大幅に低下した場合、RF電力増幅器が通常最大効率を提供するように調整されるためです。

図1は、様々なRF電力レベルでの平均消費電力を示しています。RFテストの結果がデバイスの省電力モードの影響を受けないことを確認するために、リーダーの読み取り範囲にあるタグを使用して実行されました(定義については次のセクションを参照)。このグラフは、RF電力レベルを最小値に設定すると、電力消費が半分に低下したことを示しています。

メリット

• 読取範囲が問題ではない場合、電力節約の簡単な方法

デメリット

• 電源節約を得る効果的な方法ではない

図 1. 様々なRF電力レベルの測定電力消費

2. 省電力モード

テストでは、バッテリ駆動のRFIDリーダーに省電力モードが組み込まれており、省電力オプションとして使用できます。省電力モードは、リーダーのフィールドにタグがない場合に、設定した期間、読み取りを停止するように動作させます。テストデバイスには、異なる3つの長さの設定オプションがあります。最短時間は100m秒、2つ目のオプションは500m秒、最大は1000m秒です。タグがリーダーの読取範囲に入るとすぐに読取が有効になり、休止せずに読み続けます。

この方法を使用することでは、読取性能は少しも低下しません。ですが、これは勿論リーダーのフィールドにタグがない状況でのみ電力を節約します。

図2は、3つの異なる設定時間オプションで測定された消費電力を示しています。タグがリーダーのフィールドにある場合、消費電力が減少しないことは明らかです。読取範囲からタグがなくなると、消費電力が大幅に減少します。これは多くの場合、読み取りがオンになっていて、リーダーの読取範囲にタグがない場合、バッテリの持ちに大きな影響を与えます。例えば、有効なケースにアクセスコントロールがあります。

メリット

• 読取範囲を減らすことなく電力を節約するためのとても効果的な方法
• 読取性能に影響なし

デメリット

• 読取範囲にタグがない場合のみ電力節約が可能

図 2. 様々な省電力モードで測定された消費電力

3. デューティーサイクルの適用

これらのテストを実施した場合、デューティーサイクルを適用するための2つの異なるアプローチがあります。
1つ目は、アプリケーション層でデューティーサイクルを適用することです。実際には、これはホストアプリケーションが異なるリーダー間でオフタイムを持つことを意味します。
もう1つのより効率的な方法は、RFオフ時間パラメータを使用することです。デューティサイクルテストには、RFオフ時間パラメーターアプローチを選択しました。

RFオフ時間パラメータの機能は、設定した時間、RF送信をオフにしてRFパワーアンプの電源を切ることです。これにより、リーダーのフィールドにタグがあるかどうかに関係なく、平均消費電力が減少します。最大読取距離には影響しませんが、リーダーの読取速度が低下します。それにもかかわらず、多くの場合読み取り速度の低下は問題になりません。図3は、異なるRFオフ時間パラメータと2つのRF電力レベルで測定された消費電力を示しています。このテストはデューティーサイクルの結果がデバイスの省電力モードの影響を受けないことを確認するために、リーダーのフィールドでタグを使用して実行しました。

メリット

• リーダーのフィールドにタグがあっても、最大読取範囲を減らすことなく電力消費を削減

デメリット

• 読取速度が減少

図 3. 異なるRFオフタイムパラメータの電力消費

次の図は、読取速度に対するRFオフ時間パラメータの影響を示しています。多くの場合、読取速度の低下は問題ではありません。

図 4. 読取速度に対するRFオフ時間パラメータの影響

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