Tecnología Electrónica

Simulación de RFID de 125 kHz en Multisim: Limitaciones y Enfoque Simplificado

Multisim (basado en SPICE) no puede simular completamente un sistema RFID de 125 kHz—carece de modelos específicos de RFID (protocolos ISO 11784/11785, ISO 14443, ISO 15693), comportamiento de IC de transpondedor y física de acoplamiento electromagnético. Sin embargo, un modelo simplificado a nivel de circuito puede demostrar principios de acoplamiento resonante y rectificación.

Modelo Simplificado de Multisim

Lado del Lector (Excitación)

  • Fuente de Voltaje AC: Senoidal 125 kHz, 5-15 Vpp (simula la conducción de la antena del lector)
  • Red Resonante en Serie: Lreader + Creader sintonizada a 125 kHz
  • Resistencia en Serie: 1-5 Ω (ESR de la bobina + impedancia de salida del driver)

Lado de la Etiqueta (Transpondedor)

  • Tanque Resonante en Paralelo: Ltag || Ctag sintonizado a 125 kHz
  • Coeficiente de Acoplamiento (k): 0,01-0,3 (Inductancia mutua M = k√(L₁L₂))
  • Rectificador: Puente de diodos (1N4148 o Schottky) + condensador de filtro
  • Carga: 10-100 kΩ (simula impedancia de entrada del IC)
  • Modulación (opcional): Resistencia de carga conmutable para retrodispersión (F2F/Manchester)

Cálculo de Valores de Componentes

Objetivo: f₀ = 125 kHz = 1 / (2π√(LC))

Elegir L = 1 mH → C = 1 / ((2π×125k)² × 1m) ≈ 1,62 nF

Etiqueta típica: L = 1-10 mH, C = 100-2000 pF

Pasos de Configuración en Multisim

  1. Colocar AC_SOURCE (125 kHz, 10 Vpp)
  2. Lector: L1=1 mH, C1=1,62 nF, R1=2 Ω en serie
  3. Etiqueta: L2=2 mH, C2=810 pF en paralelo
  4. Acoplamiento: Agregar inductancia mutua K12 (k=0,1) entre L1 y L2
  5. Rectificador: D1-D4 (1N4148) puente a través de L2||C2
  6. Filtro: C3=100 nF a través de la salida del rectificador
  7. Carga: Rload=50 kΩ a través de C3
  8. Análisis transitorio: 0 a 5 ms, paso máximo 1 µs

Observaciones Esperadas

  • El voltaje del tanque de la etiqueta alcanza un pico en resonancia (Q × voltaje del lector)
  • DC rectificado aparece a través de C3 (~5-10 V según el acoplamiento)
  • Modulación de carga: Cambiar Rload crea variación de amplitud en el lado del lector (retrodispersión)

Lo Que Este Modelo No Puede Capturar

  • Manejo de protocolo (anti-colisión, inventario, comandos de lectura/escritura)
  • Máquina de estado, memoria, funciones criptográficas del IC de transpondedor
  • Acoplamiento electromagnético de campo cercano (se necesita simulación EM de onda completa: HFSS, CST, FEKO)
  • Entorno de múltiples etiquetas, colisión de lectores, límites regulatorios (FCC Parte 15, ETSI 302 208)
  • Efectos de temperatura, tolerancia de componentes, parásitos de PCB

Herramientas Mejores para la Simulación de RFID

HerramientaFortaleza
ANSYS HFSS / CST StudioSimulación EM 3D completa de antenas, acoplamiento, SAR
Keysight ADS / Cadence AWRCo-simulación de circuito RF + sistema, modelos de comportamiento
MATLAB/Simulink + RFID ToolboxNivel de protocolo, procesamiento de señales, arquitectura de sistema
RFIDsim / Simulink personalizadoSimulación dedicada de física y protocolo RFID
Hardware: Kits de evaluación (TI, NXP, Microchip, ST)Validación en el mundo real — esencial para el ajuste de antenas

Multisim puede ilustrar la física del frente analógico (resonancia, rectificación). Para protocolo, firmware y validación de sistema, use herramientas dedicadas de RFID o prototipos de hardware.

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