電子標(biāo)簽的體系結(jié)構(gòu)

1、第7章 電子標(biāo)簽的體系結(jié)構(gòu)共二十九頁(yè)共二十九頁(yè)7.1一位電子標(biāo)簽 1位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量為1位，當(dāng)電子標(biāo)簽是1位（1b）系統(tǒng)時(shí)，電子標(biāo)簽只有1和0兩種狀態(tài)。該系統(tǒng)讀寫器只能發(fā)出兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)分別是“在讀寫器工作區(qū)有電子標(biāo)簽”和“在讀寫器工作區(qū)沒(méi)有電子標(biāo)簽”。 1位的電子標(biāo)簽不需要芯片，可以采用射頻(sh pn)法、微波法、分頻法、智能型、電磁法和聲磁法等多種方法進(jìn)行工作。下面以射頻(sh pn)法為例，介紹1位電子標(biāo)簽的工作原理。共二十九頁(yè) 1射頻法工作原理(yunl) 射頻法工作系統(tǒng)由讀寫器（檢測(cè)器）、電子標(biāo)簽和去激活器三部分組成。電子標(biāo)簽采用L-C振蕩電路進(jìn)行工作，振蕩電路將頻率調(diào)諧到某一

2、振蕩頻率上。射頻法工作系統(tǒng)由讀寫器（檢測(cè)器）發(fā)出某一頻率的交變磁場(chǎng)，當(dāng)交變磁場(chǎng)的頻率與電子標(biāo)簽的諧振頻率相同時(shí)，電子標(biāo)簽的振蕩電路產(chǎn)生諧振，同時(shí)振蕩電路中的電流對(duì)外部的交變磁場(chǎng)產(chǎn)生反作用，并導(dǎo)致交變磁場(chǎng)振幅減小。讀寫器（檢測(cè)器）如果檢測(cè)到交變磁場(chǎng)減小，就將報(bào)警。當(dāng)電子標(biāo)簽使用完畢后，用“去激活器”將電子標(biāo)簽銷毀。共二十九頁(yè)2電子商品防盜系統(tǒng)簡(jiǎn)介(jin ji)現(xiàn)今電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）在零售商業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它是一種為零售商業(yè)減少開架售貨時(shí)商品失竊，從而增加銷售利潤(rùn)的電子防盜產(chǎn)品，是目前大型零售行業(yè)廣泛采用的商品安全措

3、施之一。共二十九頁(yè)EAS系統(tǒng)防盜檢測(cè)的步驟如下。（1）將防盜標(biāo)簽附著在商品上。（2）在商場(chǎng)出口通道或收銀通道處安裝檢測(cè)器。（3）付款后的商品經(jīng)過(guò)專用解碼器使標(biāo)簽解碼失效(sh xio)或開鎖取下標(biāo)簽。 （4）未付款商品（附著標(biāo)簽）經(jīng)過(guò)出口時(shí)，門道檢測(cè)器測(cè)出標(biāo)簽并發(fā)出警報(bào)，攔截商品出門。7.2采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽 聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波。利用聲表面波技術(shù)制造標(biāo)簽，始于20世紀(jì)80年代，近年來(lái)對(duì)聲表面波標(biāo)簽的研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。聲表面波標(biāo)簽不需要芯片，應(yīng)用了電子學(xué)、聲學(xué)、雷達(dá)、半導(dǎo)體平面技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)，是有別于IC芯片的另

4、一種(y zhn)新型標(biāo)簽。共二十九頁(yè)1聲表面波器件所謂(suwi)SAW，就是在壓電固體材料表面產(chǎn)生和傳播彈性波，該波振幅隨深入固體材料深度的增加而迅速減小。 典型的聲表面波器件結(jié)構(gòu)原理圖如圖5-3所示。電信號(hào)通過(guò)叉指發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)（聲表面波），在介質(zhì)中傳播一定距離后到達(dá)接收叉指換能器，又轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而得到對(duì)輸入電信號(hào)模擬處理的輸出電信號(hào)。共二十九頁(yè)2聲表面波的特點(diǎn) （1）實(shí)現(xiàn)電子器件的超小型化。（2）實(shí)現(xiàn)電子器件的優(yōu)越性能。（3）易于工業(yè)化生產(chǎn)。（4）性能穩(wěn)定。 3聲表面波標(biāo)簽采用先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等

5、優(yōu)點(diǎn)。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz2.5GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。SAW標(biāo)簽?zāi)壳暗墓ぷ黝l率主要(zhyo)為2.45GHz，這種標(biāo)簽無(wú)源，而且抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路技術(shù)的補(bǔ)充。共二十九頁(yè)SAW標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成(z chn)。 由于聲表面波傳播速度低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過(guò)幾微秒的延遲時(shí)間后才回到讀寫器，在此延遲期間，來(lái)自讀寫器周圍的干擾反射已衰減，不會(huì)對(duì)聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號(hào)產(chǎn)生干擾。共二十九頁(yè)4聲表面波技術(shù)(jsh)的發(fā)展方向提高工作頻率微型化、片式化、組合化降低插入損耗寬帶化提升耐電力特性

6、共二十九頁(yè)7.3含有(hn yu)芯片的電子標(biāo)簽 含有芯片的電子標(biāo)簽是以集成電路芯片為基礎(chǔ)的電子數(shù)據(jù)載體，這也是目前使用最多的電子標(biāo)簽。含有芯片的電子標(biāo)簽基本由天線、模擬前端（射頻前端）和控制電路三部分組成。 從讀寫器發(fā)出的信號(hào)，被電子標(biāo)簽的天線接收，該信號(hào)通過(guò)模擬前端（射頻前端）電路，進(jìn)入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對(duì)數(shù)據(jù)流做各種邏輯處理。為了(wi le)將處理后的數(shù)據(jù)流返回到讀寫器，射頻前端采用負(fù)載調(diào)制器或反向散射調(diào)制器等多種工作方式。共二十九頁(yè)7.3.1模擬前端1電感耦合工作方式的模擬前端 當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)(cchng)區(qū)域后，電子標(biāo)簽通過(guò)與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，

7、該交變電壓通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片提供所需的直流電壓。共二十九頁(yè)2電磁反向散射工作方式的射頻前端 當(dāng)電子標(biāo)簽采用(ciyng)電磁反向散射的工作方式時(shí)，射頻前端有發(fā)送電路、接收電路和公共電路三部分發(fā)送電路的主要(zhyo)功能是對(duì)控制部分處理好的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)電子標(biāo)簽的天線將信息發(fā)送給讀寫器。發(fā)送電路主要(zhyo)由調(diào)制電路、上變頻混頻器、帶通濾波器和功率放大器構(gòu)成共二十九頁(yè) 接收電路的主要功能是對(duì)天線接收到的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行(jnxng)解調(diào)，恢復(fù)數(shù)字基帶信號(hào)，然后送到電子標(biāo)簽的控制部分。接收電路主要由濾波器、放大器、混頻器和電壓比較器構(gòu)成，用來(lái)完成包絡(luò)產(chǎn)生和檢

8、波的功能。公共電路是射頻發(fā)送和射頻接收電路共同涉及的電路，包括電源產(chǎn)生電路、限制幅度電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和復(fù)位電路等。共二十九頁(yè)7.3.2控制(kngzh)部分的電路結(jié)構(gòu)控制部分的電路基本分為兩類，一類是具有存儲(chǔ)功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽；一類是含有微處理器的電子標(biāo)簽。1具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽 具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽，控制部分主要由地址和安全邏輯、存儲(chǔ)器組成，這種電子標(biāo)簽的主要特點(diǎn)是利用狀態(tài)自動(dòng)機(jī)在芯片上實(shí)現(xiàn)尋址和安全邏輯。共二十九頁(yè)2含有(hn yu)微處理器的電子標(biāo)簽 含有微處理器的電子標(biāo)簽，控制部分主要由編解碼電路、微處理器和存儲(chǔ)器組成共二十九頁(yè)7.4具有存儲(chǔ)(cn ch)功能的電子標(biāo)

9、簽 本節(jié)討論具有(jyu)存儲(chǔ)功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽，并只討論這類電子標(biāo)簽的控制電路部分共二十九頁(yè)7.4.1地址和安全邏輯 這種電子標(biāo)簽沒(méi)有微處理器，地址和安全邏輯是數(shù)據(jù)載體的心臟，通過(guò)狀態(tài)機(jī)對(duì)所有的過(guò)程(guchng)和狀態(tài)進(jìn)行有關(guān)的控制。1地址和安全邏輯電路的構(gòu)成 地址和安全邏輯電路主要由電源電路、時(shí)鐘電路、I/O寄存器、加密部件和狀態(tài)機(jī)構(gòu)成。 2狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)可以理解為一種裝置，能采取某種操作來(lái)響應(yīng)一個(gè)外部事件。具體采取的操作不僅取決于接收到的事件，還取決于各個(gè)事件的相對(duì)發(fā)生順序。之所以能做到這一點(diǎn)，是因?yàn)檠b置能跟蹤一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)，會(huì)在收到事件后進(jìn)行更新。這樣一來(lái)，任何邏輯都可以建模

10、成一系列事件與狀態(tài)的組合。共二十九頁(yè) 狀態(tài)機(jī)可歸納為4個(gè)要素：現(xiàn)態(tài)、條件、動(dòng)作和次態(tài)。這樣的歸納，主要是出于對(duì)狀態(tài)機(jī)的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?，F(xiàn)態(tài)是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。條件又稱為(chn wi)“事件”，當(dāng)一個(gè)條件被滿足，將會(huì)觸發(fā)一個(gè)動(dòng)作，或執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。動(dòng)作是指條件滿足后執(zhí)行的動(dòng)作，動(dòng)作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動(dòng)作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動(dòng)作，直接遷移到新狀態(tài)。次態(tài)是指條件滿足后要遷往的新狀態(tài)。“次態(tài)”是相對(duì)于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。共二十九頁(yè)7.4.2存儲(chǔ)器 具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽種類很多，電子標(biāo)簽的檔次(

11、dn c)與存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這類電子標(biāo)簽分為只讀電子標(biāo)簽、可寫入式電子標(biāo)簽、具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽。其中，只讀電子標(biāo)簽檔次(dn c)最低，具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽檔次(dn c)較高。 只讀電子標(biāo)簽 （只讀標(biāo)簽、一次性編程只讀標(biāo)簽、可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽）可寫入式電子標(biāo)簽具有密碼功能的電子標(biāo)簽（分級(jí)密鑰及其在公共交通中的應(yīng)用）共二十九頁(yè)分段存儲(chǔ)(cn ch)的電子標(biāo)簽 當(dāng)電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的容量較大時(shí)，可以將電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器分為多個(gè)存儲(chǔ)段。每個(gè)存儲(chǔ)段單元具有獨(dú)立的功能，存儲(chǔ)著不同應(yīng)用的獨(dú)立數(shù)據(jù)。并且各個(gè)段單元有單獨(dú)的密鑰保護(hù)，以防止非法的訪問(wèn)。共二十九頁(yè)7.

12、4.3非接觸式IC卡芯片介紹非接觸式IC卡又稱射頻IC卡，是世界上近些年廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)。它成功地將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合，是電子科技領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的成果。非接觸式IC卡是智能化“一卡通”管理的全面解決方案，廣泛應(yīng)用于智能樓宇、智能小區(qū)、現(xiàn)代企業(yè)和學(xué)校等領(lǐng)域，可用于通道控制(kngzh)、物流管理、停車場(chǎng)管理、商業(yè)消費(fèi)、企業(yè)管理和學(xué)校管理等方面。1IC卡與ID卡 IC卡全稱為集成電路卡（Integrated Circuit Card），又稱智能卡（Smart Card）。IC卡可讀寫，容量大，有加密功能，數(shù)據(jù)記錄可靠，使用很方便。 ID卡全稱為身份識(shí)別卡（Identification

13、Card），是一種不可寫入的感應(yīng)卡。ID卡含有固定的編號(hào)。 2芯片及應(yīng)用介紹共二十九頁(yè)7.4.4 MIFARE技術(shù) MIFARE技術(shù)的IC卡應(yīng)用領(lǐng)域占世界80的市場(chǎng)份額，是目前射頻(sh pn)IC卡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前世界上使用量最大、內(nèi)存容量最大的一種感應(yīng)式智能IC卡。1MIFARE卡具有的優(yōu)點(diǎn) （1）操作(cozu)簡(jiǎn)單、快捷。 （2）抗干擾能力強(qiáng)。 （3）可靠性高。 （4）適合于一卡多用。共二十九頁(yè)2MIFARE卡的技術(shù)參數(shù) Mifare卡的主要芯片有philip mifare one S50、philip mifare one S70等。技術(shù)參數(shù)包括 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、 數(shù)據(jù)的安全性、工

14、作模式、 工作溫度、工作頻率、通信(tng xn)速率、讀寫距離等。3MIFARE卡的安全性2008年2月，德國(guó)研究員亨利克普洛茨（Henryk Plotz）和弗吉尼亞大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)在讀博士卡爾斯騰諾爾（Karsten Nohl）成功破解了恩智浦公司的Mifare卡。 Mifare One卡是加密存儲(chǔ)卡，盡管它能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的安全驗(yàn)證，但其性能遠(yuǎn)不如CPU卡。有效防范Mifare One卡算法破解的根本方法，就是升級(jí)現(xiàn)有的IC卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為CPU卡。共二十九頁(yè)7.5含有(hn yu)微處理器的電子標(biāo)簽7.5.1微處理器微處理器不僅是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)

15、鍵部件。如今(rjn)微處理器已經(jīng)無(wú)處不在，無(wú)論是智能洗衣機(jī)、移動(dòng)電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各類不同的微處理器。7.5.2操作系統(tǒng)命令的處理過(guò)程 讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送的命令，經(jīng)電子標(biāo)簽的天線進(jìn)入射頻模塊，信號(hào)在射頻模塊中處理后，被傳送到操作系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)程序模塊是以代碼的形式寫入ROM的，并在芯片生產(chǎn)階段寫入芯片之中。操作系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成命令序列的控制、文件管理及加密算法。共二十九頁(yè)共二十九頁(yè)7.5.3含有微處理器的電子標(biāo)簽實(shí)例MIFARE(r)PRO是新一代的智能卡方案，內(nèi)部有微處理器，而且是雙端口卡。MIFARE(r)PRO集成

16、了非接觸智能卡接口和接觸型通信接口，其中非接觸接口符合ISO/IEC14443 TYPEA標(biāo)準(zhǔn)，接觸接口符合ISO/IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)。由于MIFARE是一個(gè)完整(wnzhng)的產(chǎn)品家庭，MIFARE(r)PRO保證了與MIFARE(r)S和MIFARE(r)PLUS的兼容性，與現(xiàn)有的MIFARE(r)讀寫設(shè)備完全兼容。MIFARE(r)PRO的物理尺寸使該產(chǎn)品可以用來(lái)生產(chǎn)ISO標(biāo)準(zhǔn)的智能卡片。MIFARE(r)PRO片內(nèi)的微處理器是80C51，80C51可以工作在接觸和非接觸模式。也就是說(shuō)，在兩種模式下，MIFARE(r)PRO適合高端語(yǔ)言與操作系統(tǒng)，如Java或MULTOS。這可以使智能卡在兩種模式下的安全性保持統(tǒng)一，內(nèi)部的TDES協(xié)處理器可以與接觸/非接觸通信接口同時(shí)工作，以達(dá)到更高的安全性。共二十九頁(yè)7.6 電子標(biāo)簽的發(fā)展趨勢(shì)作用距離更遠(yuǎn)無(wú)源可讀寫性能更加完善(wnshn)適合高速移動(dòng)物識(shí)別快速多標(biāo)簽讀/寫功能一致性更好強(qiáng)磁場(chǎng)下的自保護(hù)功能更完善智能性更強(qiáng)、加密特性更完善帶有傳感器功能的標(biāo)簽帶有其他附屬功能的標(biāo)簽具有殺死功能的標(biāo)簽新的生產(chǎn)工藝 體積更小 成本更低共二十九頁(yè)內(nèi)容摘要第7章 電子標(biāo)簽的體系結(jié)構(gòu)。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz2.5GHz，是現(xiàn)代信息