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
RFIDリーダーのバッテリ寿命を最大限に活用する省電力戦略
バッテリ駆動型のRFIDリーダーは、消費電力と動作時間が重要な要因となります。特にUHF帯のRFIDリーダーは、最大電波出力で動作すると電力消費が多くなります。
この記事では、Nordic ID社製のUSB RFIDリーダーSTIXを使用して、電力消費を抑える3つの効果的な方法を解説します。
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。
これらの方法をテストし、RFIDリーダーの電力消費を削減するための最適なアプローチを見つけました。これら3つの方法は、それぞれ単独でも、または組み合わせて使用することができます。
- RF電力レベルの調整：リーダーのRF電力レベルを下げることで電力消費を抑えますが、読取範囲が狭くなることがあります。
- 省電力モードの使用：リーダーが稼働している間、読取範囲にタグがない場合に電力消費を抑えるモードです。
- デューティーサイクルの適用：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ことで、電力消費を抑えることができます。
これらの方法を組み合わせることで、RFIDリーダーのバッテリ寿命を延ばしながら、効率的な動作を実現することができます。それでは、これらのオプションを詳しく見ていきましょう。
RFIDリーダーの電力消費を削減する3つの戦略
1. 電波出力レベルの削減
電波出力レベルを下げることは、消費電力を抑える直接的な手法です。ただし、これには読取範囲の縮小というトレードオフがあります。最大電波出力での効率が最も高いため、電波出力を大幅に下げると消費電力の削減が限定的になります。電波出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。最大電波出力を使用し、低い電波出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内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、電波出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: 読取範囲が問題でない場合、簡単に電力を節約できます。
デメリット: 電力節約の効率が低い。
図 1. 様々なRF電力レベルでの消費電力
2. 省電力モード
省電力モードは、リーダーのフィールドにタグがないときに読取を一時停止することで、消費電力を削減します。このモードには通常、異なる時間設定があります。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。これは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、使用される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: 読取範囲を犠牲にせずに電力を節約できる効果的な方法。読取性能に影響を与えません。
デメリット: タグが読取範囲にない場合のみ電力節約が可能。
図 2. 省電力モードでの消費電力
3. デューティーサイクルの適用
デューティーサイクルの適用には2つのアプローチがあります。1つ目はアプリケーションレイヤーでデューティーサイクルを適用することで、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。2つ目は、RFオフ時間パラメータを使用することで、これによりRF送信を一時的にオフにし、平均消費電力を削減します。これはリーダーの読取速度を低下させる可能性がありますが、最大読取距離には影響しません。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、アプリケーションレイヤー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。以下の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: タグがリーダーのフィールドにあっても、最大読取範囲を維持しながら電力消費を削減します。
デメリット: 読取速度が減少する可能性があります。
図 3. 異なるRFオフタイムパラメータの電力消費
下記の図は、RFオフ時間パラメータが読取速度に及ぼす影響を示しています。多くの応用例では、読取速度のわずかな低下は大きな問題とはなりません。
