以供應鏈應用為主的EPC Class1 Gen2標準底定至今已約一年多，但全球已推出符合此一標準的RFID晶片與標籤產品的業者，仍為數不多，除整體市場供需因素使然外，其晶片設計與封裝的困難度高，亦是相關業者所面臨的一大挑戰。

　　無線射頻識別系統(RFID)是利用無線電傳送辨識資料，主要功能為非接觸式的識別碼確認。無線射頻識別系統主要由讀取器(Reader)和電子標籤所組成，標籤則由一顆含唯一識別碼(UID)的晶片和天線，經特殊封裝技術組裝而成。通常無線射頻識別依能量供應方式可區分為主動式和被動式兩種，主動式具有電池，被動式則無。無線射頻識別讀取器則由天線、無線電收發模組，以及資料處理模組所構成。

　　因為被動式的標籤本身并無電源，其電能須透過讀取器供應。一般而言，讀取器與標籤主要的互動關係包括：(1)由讀取器經由天線將電磁能量傳送出去，而標籤則利用本身的天線，接收從讀取器所傳送的電磁能量，轉換為內部晶片工作所需的電能；(2)讀取器須接收由電子標籤將內部的識別碼經適當處理后所傳送出的資料，進行辨識處理；(3)若電子標籤含有可寫入的記憶體，讀取器可將數據資料傳送至電子標籤，進行資料登錄作業。

　　被動式標籤，因為不含電池，具有使用壽命長、體積小、價格便宜等優點。讀取器與電子標籤間，利用防碰撞協定或二進制搜尋法(Binary Search)技術，可同時辨識數十個標籤，使其應用層面大幅提升。由於無線射頻識別儲存的是數位資料，因此應用端可以利用加密或解密方式達到保密效果，且很適合資訊流通。

超高頻被動式標籤之基本架構

　　超高頻被動式標籤使用的頻段范圍為400M～1GHz，常見的規格為868MHz～950MHz，目前已成為市場主流。其優點為傳輸速率較快，且因天線可採蝕刻或印刷方式製造，因此成本較低，讀取距離約8公尺遠，可同時進行大量的標籤讀取與辨識。但缺點為在金屬與液體的物品上的應用較不理想。現今最主要的應用為航空旅客與行李管理系統、貨架及棧板管理、出貨管理、物流管理等。

　　圖1為被動式RFID標籤之基本功能方塊圖，其細部功能說明如下：

．整流器(Rectifier)：利用二極體正向導通原理，將從讀取器所送來的弦波經由半波整流以達到檢波的作用，如圖2示。

．調節器(Regulator)：為整個電路電源的核心，目的是產生穩定直流電壓，以供給整個標籤運做的能量。

．時脈產生器(CLK GEN)：主要是產生數位及記憶體工作時序之參考時脈，以利編解碼或狀態轉換等工作執行。

．數位區塊(Digital Block)：為整個電路之控制核心，主要是控制標籤操作時序、編解碼作業，及保密功能之執行。

．記憶體(Memory)：為標籤儲存識別碼之處。

．解調變(Demodulation)：其功能是將讀取器送來之調變訊號，還原為數位波形(即還原讀取器所發出的命令訊號)，以利后端數位電路解碼，并分辨命令種類。

　　當被動式標籤要回覆資訊給讀取器時，并非像主動式標籤一樣，利用發射電路發射訊號給讀取器，而是利用回散射調變(Backscatter Modulation)方式，將訊號傳送至讀取器。所謂回散射調變係指當標籤內部的數位電路經1與0編碼后，會控制標籤內部電晶體(如圖3中N電晶體)打開與關閉，隨著電晶體的開與關，將使標籤的天線對讀取端所發出的訊號，作訊號的反射或吸收，此即回散射調變機制。

EPC Class1 Gen2規范特色

　　所有符合電子產品碼(Electronic Product Code, EPC)規范的標籤，具有全球統一的標準，亦即其標籤之資料儲存格式，與讀取器間的通訊協定包括通訊頻率、調變方式、傳輸速度以及指令等，皆採EPC標準規范。而EPC碼更為EPC系統中的特別設計，為物件在整個無線射頻識別系統中的唯一代號，藉此物件相關資訊得以在全球的EPC網絡中存取，進而建立訊息交換標準。

EPC編碼特性

　　EPC碼的標示對象，除可包含使用傳統條碼的物品外，小至物件單一品項、箱子，大至棧板、推車、貨柜、貨車等，甚至擴及服務項目，皆合適採用，以提供這些實體或虛擬物件，全球唯一的編號。EPC編碼具有以下幾種特色：

．號碼容量大：當EPC碼核發后，使用者可依據其產業需要進行后續編碼，其容量之大，不僅滿足現行的需要，也兼顧未來發展的擴充性。

．獨一無二的編碼：EPC碼的設計，視物件的單一品項為不同的個體。

．可擴充性：由於標頭版本及其結構化設計，使EPC碼容量極大化，保留許多剩餘空間得以隨時擴展編碼。

EPC通訊協定特性

　　表1為EPC通訊規范的主要特色，再此特別針對幾項規范技術進行討論。

．可變資料傳送速度

　　無線射頻識別系統中，如何提高其傳輸速度以及讀取可靠度，為重要的評量點，但此兩項數值卻無法兼得。換言之，要讀取速度快則會犧牲可靠度，反之要增加可靠度，則會犧牲讀取率。為解決此問題，EPC規范中，將讀取速度交由使用者決定，在沒有干擾的環境中，使用者可用最快的讀取速度來操作；相對的，若系統操作的環境干擾嚴重，使用者可調降讀取速度，進而提高讀取可靠度。

．搜尋標籤之機制－反碰撞搜尋法

　　當EPC讀取器進行多個標籤讀取時，需要一種搜尋標籤之機制，其目的是找到其中一個標籤進行通訊上的溝通，而目前常見的搜尋機制有二進制搜尋法以及反碰撞搜尋法。在EPC通訊規范中是以反碰撞搜尋法作為其搜尋標籤的方式，其方式是在每個標籤中建立一個獨立的亂數產生器，當進行多個標籤讀取時，其每個標籤的亂數產生器會各產生一組亂數(圖4)，而此亂數會載入計數器并利用命令同時進行往下數的動作，直到哪個標籤先數到零，則讀取器就會跟此標籤進行讀取上的溝通。因此，標籤中的亂數產生器的效能便格外重要。如圖4中有四個標籤，每個標籤有獨立的亂數產生器，當碰撞發生，即代表任兩個以上標籤亂數值最小且相同，因此亂數產生器的亂數是否足夠亂，將直接影響到標籤搜尋的效率。至於如何防止碰撞，有幾個基本的方法：

．加大亂數產生器所產生出的亂數位元

　　一般而言，只要亂數產生器位元(Bit)數夠大，就能產生較亂的亂數。但其缺點為，若目標只有兩個標籤卻用10位元寬度去數，則搜尋標籤的速率會差。但此種情形在EPC Gen2規范中并不會發生，因為其規范是讓使用者依照目標有多少標籤，來判斷計數器須要用幾個寬度去數。

．以讀取器解碰撞訊號

　　用此種方式解碰撞訊號，大多是碰撞時的訊號會以先后次序傳送到讀取器，故只須把前后次序訊號分析后即可解決，但缺點是讀取器電路會變復雜，且若碰撞前后訊號重疊，仍然無法解決。

．重排

　　當碰撞發生后讀取器就發出命令，通知標籤的亂數產生器，重新產生一組新的亂數，此方法的缺點是若每次所產生出來的亂數只要有兩組相同，則此搜尋就無法成功。

先進旗標操作模式

　　EPC Gen2規范定義了五種旗標以及三種操作模式，其目的是將目標所有的標籤「分類」，以加速讀取效率和防止環境的雜訊干擾，來增加讀取可靠度。表2為EPC規范中定義的旗標之動作意義，其中S0為使用者自行定義其動作，而S1定義標籤有電與沒電時的動作，S2、S3、SL定義了沒電時的動作，而其動作原因詳述如下：

．S1旗標有電時的操作模式：在經過時間T的范圍后，S1旗標必須轉態，而此操作的用意為「再分類」。如當目標有1,000個標籤，則計數器可能需要較寬的位元數去數，使排序效率不佳，解決的方式可以把目標1,000個標籤分成兩分，各500個標籤，即可不需要太寬的位元數去數。因此，假設剛開始時讀取器發出S1=A的命令，則此時所有的標籤S1旗標都等於A。一直持續到五秒后，開始產生變化－最初時間為0時，之前設定旗標等於A的標籤，開始由A變成B，則其結果會從原本只有S1=A的一種標籤，變成S1=A以及S1=B兩種標籤(圖5)。

．S1、S2、S3、SL旗標無電時的操作模式：標籤由有電到沒電后，至少須在經過時間K的范圍內，其所指定的旗標必須維持先前的數值，而此操作的用意，在於避免外界干擾而使得標籤操作重新再開始。

例如當讀取器正在讀取某一標籤時，突然因為某些環境因素，以致於此標籤在某個短暫時間內，無法接收到讀取器能量，如圖6所示，則正常情況讀取器就必須重新再利用搜尋機制，尋找此一標籤。但若先設定S2旗標=B，只要此標籤無法接收能量的時間小於K秒，則利用搜尋指令找S2旗標=B，即可立即找到先前失去能量的標籤。

Gen2標籤實現的困難點

　　目前EPC Class1 Gen2標籤主要有兩項技術困難點，一為電路設計，二為標籤的封裝與測試。

在電路設計方面，主要包括類比、數位及記憶體等電路設計的技術障礙。類比電路須強調微瓦級(μWatts)的低功耗設計、高效率電壓供應(降低射頻能量轉成電壓的損失)，及準確的延遲電路設計(用於旗標，維持約4秒暫態)；數位電路除同樣強調低功耗外，也要注意亂數產生器是否夠亂，同時要選擇使用保險絲架構，抑或狀態控制器來達成自殺功能；至於記憶體電路，由於目前可用在無線射頻識別晶片的可重覆讀寫(MTP)記憶體技術，大多掌握在國外業者手中，因而形成不小的進入門檻。

　　至於標籤封測方面，傳統上，是以增加晶片測試點，利用探針卡的點針來進行晶片測試，但容易增加晶片面積與成本。目前已有業者不在晶片上製作測試點，而利用讀取器來測試及驗證功能，但如此將無法做完整的測試，可能影響晶片可靠度。

　　而在晶片封裝上，傳統作法是在接點上加錫球(Solder Bump)，但缺點是限制了切割道與裸晶(Die)間的距離(如圖7中A的距離)，無法在晶圓(Wafer)上製作更多晶片。現今已有業者採用不加錫球的方式，但效果仍視各公司的技術而定；此外，採用晶片到模組(圖8)與模組到天線(圖9)(Chip-To-Module，Module-To-Antenna)兩階段標籤製作方式，可使標籤使用壽命較長，可靠度佳，但製造時間較久，單位時間產量受限，增加製造成本。因此，目前國內外許多業者都正在開發晶片直接接上天線(Chip-To-Antenna)的技術，將有助提升單位時間產量，進而降低標籤生產成本。

(本文作者任職於工研院無線辨識科技中心)

(詳細圖表請見新電子244期7月號)