RFID與非接觸式卡

RFID與非接觸式卡智能卡家族(依ISO標(biāo)準(zhǔn)分類)2ISO7810ChipcadISO7816ContactlessChipcardsMemorycardProcessorcardProcessorcardMemorycardProcessorcardMemorycardClosecouplingISO10536ProximityISO14443VicinitycouplingISO15693CombiCard-ICombiCard-II3RFID無線射頻識別系統(tǒng)RFID，RadioFrequencyIdentification小于2平方厘米，有如芝麻粒般大小的無線通信IC和天線所構(gòu)成的器件通稱

4RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源標(biāo)簽芯片讀寫器信號標(biāo)簽信號讀寫器天線射頻模組控制模組Copyright:余顯強(qiáng)RFID系統(tǒng)讀寫器(Reader)標(biāo)簽(Transponder;Tag)：IC卡芯片天線、線圈和金屬片-耦合元件(Couplingelement)封膜(Housing)卡與讀寫器之間的信號

6RFID類型-按頻率劃分125kHz134kHz13.56MHz860MHz930MHz2400MHz2483.5MHz頻率優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用低頻125~134KHz部署廣泛金屬干擾低讀取范圍小(1.5m內(nèi))動物識別；容器管理；防竊系統(tǒng)高頻13.56MHz部署廣泛濕氣影響低讀取范圍小(1.5m內(nèi))易受金屬干擾圖書館應(yīng)用；存取控制；行李管理；零售商品追蹤超高頻860~960MHz部署廣泛通信范圍高于其它標(biāo)準(zhǔn)易受濕氣影響Tag太近時，易產(chǎn)生頻差(detuning)貨柜、容器追蹤；貨車追蹤微波2.45GHz讀取范圍高普及率不高；實(shí)作復(fù)雜；未完全標(biāo)準(zhǔn)化ETC工作原理讀寫器天線1.包含AC電能的電波(ContinuousWave,CW)及時鐘脈沖信號通過天線發(fā)送標(biāo)簽2.標(biāo)簽天線將AC電能轉(zhuǎn)成DC供給標(biāo)簽芯片運(yùn)作的電源，並將接受信號中的脈沖信號截取出來3.標(biāo)簽?zāi)K將接收的信號解碼，并將運(yùn)作后的資料回傳給讀寫器的天線4.讀寫器將接收到標(biāo)簽回傳的信號解碼并獲取資料8RFID類型-按結(jié)構(gòu)分◆所有物品都成為通信對象1RFID種類特征應(yīng)用成本讀取專用型只能讀取數(shù)據(jù)。由數(shù)十bits構(gòu)成的特定ID編號制程管控物流系統(tǒng)防止偽造行李管理低可寫入資料型內(nèi)建數(shù)bytes~數(shù)Mb內(nèi)存(EEPROM、FeRAM等)，可讀寫數(shù)據(jù)低~中內(nèi)建微處理器型內(nèi)建微處里器，使用內(nèi)建ROM儲存之OS運(yùn)作，用于提高安全性的用途電子結(jié)帳出入管理會員卡務(wù)高含有感應(yīng)器型以內(nèi)建溫度、壓力感應(yīng)器為主流動物識別輪胎管理高店頭倉庫即時庫存耐污、熱性強(qiáng)不需拆箱即可同時讀取多筆資料讀取器讀取器橘色參考書一本藍(lán)色字典一本灰色小說一本10同時讀取理論可通訊范圍內(nèi)多個RFID，對reader發(fā)出的信號會一起回應(yīng)，而發(fā)生沖突解決方式Timeslot方法：依據(jù)RFID之ID錯開responsetime1234ID001101…00ID100101…00ID101000…00ID101011…00符合前兩bit者回應(yīng)回應(yīng)衝突休眠符合次兩bit者回應(yīng)回應(yīng)衝突休眠符合後兩bit者回應(yīng)依binarycode先後次序回應(yīng)∴先3後4項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)之第二步——硬件實(shí)現(xiàn)MCUMIFARE卡讀寫模塊EEPROM存儲器RS232接口顯示報警天線卡卡的信號調(diào)制方式

TypeA與TypeB調(diào)制程度的比較

TYPEA：100%ASKTYPEB：10%ASK從讀寫器到卡的調(diào)制與編碼載波:fc=13.56MHz數(shù)據(jù)傳輸速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）調(diào)制方式：TYPEA用100%ASK，TYPEB用10%ASK，編碼方式：TYPEA用改進(jìn)的MILLER編碼，TYPEB用NRZ編碼（不歸零制數(shù)位編碼）從卡到讀寫器的調(diào)制與編碼副載波:fc/16=847.5kHz數(shù)據(jù)傳輸速率：106kbit/s調(diào)制方式：副載波調(diào)制編碼方式：TYPEA用MANCHESTER-ASK，TYPEB用BPSK-NRZ(二進(jìn)制相移鍵控?cái)?shù)位編碼)非接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器

非接觸式IC卡的基本構(gòu)成

非接觸式IC卡：芯片+天線+卡基非接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器非接觸式IC卡與讀寫器接口電路（1）讀寫器發(fā)射激勵信號（一組固定頻率的電磁波），數(shù)字信息調(diào)制在該射頻信號上。（2）IC卡進(jìn)入讀寫器工作區(qū)內(nèi)，被讀寫器信號激勵。在電磁波的激勵下，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可以作為電源為其他電路提供工作電壓，供卡內(nèi)集成電路工作所需。（諧振、整流、濾波、穩(wěn)壓）。（3）同時卡內(nèi)的電路對接收到的諧振信號進(jìn)行解調(diào)，還原數(shù)字信息，對信息進(jìn)行分析處理，判斷發(fā)自讀寫器的命令，如需在EEPROM中寫入或修改內(nèi)容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿足寫入EEPROM的電壓要求。（4）IC卡對讀寫器的命令進(jìn)行處理后，發(fā)射應(yīng)答信息（將應(yīng)答信息調(diào)制到射頻信號上）給讀寫器。（5）讀寫器接收IC卡的射頻信號并進(jìn)行解調(diào)還原出應(yīng)答信息。

讀寫模塊MCM功能：讀寫器MCU與MIFARE卡之間的接口，負(fù)責(zé)讀寫卡，其基本功能包括產(chǎn)生發(fā)送/接收射頻信號、調(diào)制/解調(diào)、防沖突處理和安全管理。工作頻率：13.56MHz。通信速率：106Kbps

工作距離：MCM200——25mm，MCM500——100mm防沖突：真正的防沖突功能。安全性與可靠性：每個扇區(qū)設(shè)有3套密碼及其認(rèn)證和密碼存儲器，模塊與卡片通信時，數(shù)據(jù)加密，多種通信校驗(yàn)機(jī)制接口：標(biāo)準(zhǔn)MIFARE并行接口MCM與MCU接口電路

直接用數(shù)據(jù)總線傳送地址和數(shù)據(jù)：MODE、USEALE接高電平，ALE對接；A0~A3懸空P3.3驅(qū)動-CS，即P3.3為低時選中（激活）MCM200模塊MCM200的-IRQ接P3.2；可用查詢或中斷方式接收MCM發(fā)送的數(shù)據(jù)

EMID厚卡EMID薄卡PHILIPSMIFARE1卡TI（德州儀器）Tag-it電子標(biāo)簽手表卡與鑰匙扣卡特點(diǎn)頻段工作頻率數(shù)據(jù)傳輸速率讀寫距離讀寫區(qū)域低頻125~134KHz慢適中(<1m)較為均勻高頻13.56MHz較快適中(<1m)較為均勻超高頻860~960MHz快遠(yuǎn)(<10m)很難定義不同頻段射頻卡的特點(diǎn)非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)組織陣營頻段技術(shù)規(guī)范EPCglobal

全球產(chǎn)品電子代碼管理中心

歐美企業(yè)沃爾瑪、思科、敦豪快遞、麥德龍和吉列等UHF(860-960MHz)電子產(chǎn)品代碼(EPC)、電子標(biāo)簽規(guī)范和互操作性、識讀器-電子標(biāo)簽通信協(xié)議、中間件軟件系統(tǒng)接口等ISO/IEC國際標(biāo)準(zhǔn)組織/國際電工委員會

全球非盈利工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織多個頻段識別卡與身份識別ISO/IEC14443自動識別ISO/IEC15693ISO/IEC18000UID泛在技術(shù)核心組織日本電子廠商、IT企業(yè)2.45GHz和13.56MHz

電子標(biāo)簽超微芯片部分規(guī)格

注釋：ICC——集成電路卡CICC——Close-CoupledICC，緊密（密耦合）卡；PICC——ProximityICC，稱為接近（近耦合）卡；VICC——VicinityICC，稱為鄰近（疏耦合）卡。CD——CouplingDevice，是讀寫器中發(fā)射電磁波的部分

ISO/IEC14443國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)階段ISO/IEC14443（草案）主要有兩個體系并存：ISO/IEC14443-TypeA、ISO/IEC14443-TypeB。

TypeA：以PHILIPS公司為代表，包括SIEMENS、HITACHI、GEMPLUS、G&D和Schlumberger等公司

TypeB：以ST（意法半導(dǎo)體）、MOTOROLA、ATMEL、韓國SAMSUNG和日本的NEC等公司為代表。

目前13.56MHz的產(chǎn)品主要包括：ISO14443TypeA卡——Mifare1S50卡、UltraLight卡LEGICTypeA卡、上海公交卡即華虹IC卡、復(fù)旦微電子TypeA卡ISO14443TypeB卡——ATMELRF020ISO15693（電子標(biāo)簽）卡——PHILIPSI-Code2、TITag-it標(biāo)簽I-CODE（電子標(biāo)簽）卡——PHILIPSI-Code、上海貝嶺BL75R02SONYFelica卡——香港八達(dá)通、深圳通中國二代身份證非接觸式IC卡工作原理

要解決的三大問題：（1）非接觸卡如何取得工作電壓。（2）讀寫器與IC卡之間如何交換信息。（3）防沖突問題：多張卡同時進(jìn)入讀寫器發(fā)射的能量區(qū)域（即發(fā)生沖突）時如何對卡逐一進(jìn)行處理。

非接觸式IC卡與讀寫器接口電路（1）讀寫器發(fā)射激勵信號（一組固定頻率的電磁波），數(shù)字信息調(diào)制在該射頻信號上。（2）IC卡進(jìn)入讀寫器工作區(qū)內(nèi)，被讀寫器信號激勵。在電磁波的激勵下，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可以作為電源為其他電路提供工作電壓，供卡內(nèi)集成電路工作所需。（諧振、整流、濾波、穩(wěn)壓）。（3）同時卡內(nèi)的電路對接收到的諧振信號進(jìn)行解調(diào)，還原數(shù)字信息，對信息進(jìn)行分析處理，判斷發(fā)自讀寫器的命令，如需在EEPROM中寫入或修改內(nèi)容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿足寫入EEPROM的電壓要求。（4）IC卡對讀寫器的命令進(jìn)行處理后，發(fā)射應(yīng)答信息（將應(yīng)答信息調(diào)制到射頻信號上）給讀寫器。（5）讀寫器接收IC卡的射頻信號并進(jìn)行解調(diào)還原出應(yīng)答信息。

初始化與防沖突

（AntiCollion）如果有2張或2張以上的IC卡進(jìn)入讀寫器的工作范圍，稱之為沖突（或碰撞Collion），此時就需要解決如何對多張IC卡逐一處理的問題——防沖突

AntiCollion。防沖突方案：位幀防沖突（BitAntiCollision）動態(tài)時隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）協(xié)議ISO/IEC10536定義的卡稱為密耦合卡；ISO/IEC14443定義的卡是近耦合卡（PICC），對應(yīng)讀卡機(jī)具簡寫為PCD；ISO/IEC15693對應(yīng)的卡是遙耦合卡（VICC），對應(yīng)的讀卡機(jī)具簡寫為VCD。VICC比PICC具有更遠(yuǎn)的讀卡距離，二者均采用13.56MHz工作頻率，均具有防沖突機(jī)制。ISO/IEC15693-2協(xié)議ISO/IEC15693-2所規(guī)定的VCD與VICC通信物理層協(xié)議全部由ASIC實(shí)現(xiàn)，用戶通過同步串行接口（SPI）遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以實(shí)現(xiàn)VICC的讀寫操作。MCU和ASIC的通信接口有三根線：SCLOCK、DIN、DOUT，分別代表時鐘線、數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸出線。時鐘線是雙向的，發(fā)送數(shù)據(jù)時由MCU控制，接收數(shù)據(jù)時由ASIC控制，在時鐘的上升沿ASIC鎖存數(shù)據(jù)。DOUT除了在接收數(shù)據(jù)期間的數(shù)據(jù)輸出功能外，還用來表征ASIC內(nèi)部FIFO的情況。DOUT內(nèi)部下拉，平時為低電平。輸入數(shù)據(jù)過程中，當(dāng)ASIC的16位FIFO寄存器滿時，DOUT線會自動跳變?yōu)楦唠娖?，直到FIFO寄存器空出，DOUT線又會跳變?yōu)榈碗娖?。在DOUT為高電平期間，輸入數(shù)據(jù)無效。除了通信線外，M_ERR線用來在同時讀多張卡的時候表征數(shù)據(jù)的沖突情況。同樣，M_RR線內(nèi)部下拉，平時為低電平，沖突時此線會升為高電平。命令結(jié)構(gòu)

在普通模式下，命令序列結(jié)構(gòu)如下：起始位S1：起始位波形是當(dāng)SCLOCK位高電平時DIN發(fā)生一個上升沿。

命令字節(jié)：規(guī)定ASIC與VICC通訊時的有關(guān)參數(shù)。例如，2DH，表示支持的射頻協(xié)議是15693（1outof4），AM調(diào)制方式，調(diào)制率100%，返回?cái)?shù)據(jù)波特率6.67kb/s。注意：命令字節(jié)的發(fā)送順序是高位在先，即：MSBFIRST。數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)域內(nèi)容由15693-3所規(guī)定。15693-3命令的一般格式是：15693命令序列中，F(xiàn)LAGS規(guī)定著命令內(nèi)容中某些可選域存在與否。注意到S1和ES1在ASIC命令序列中已經(jīng)存在，所以只須把15693命令序列中FLAGS、命令序號、命令內(nèi)容、CRC16等域的內(nèi)容取出填入ASIC序列中的數(shù)據(jù)域打包。注意：數(shù)據(jù)域發(fā)送順序是低位在先，即：LSBFIRST。通信過程要注意的問題時間寄存器初始化。初始化序列是：S1011110110000000111000ES1。發(fā)送順序。命令字節(jié)（8位）發(fā)送的順序是MSBFIRST，其它數(shù)據(jù)均是LSBFIRFIFO管理。發(fā)送每一位時都要檢測DOUT的電平。DOUT高電平時停止發(fā)送，直到DOUT恢復(fù)為低電平。時鐘線切換。命令發(fā)送過程中，雙向時鐘SCLOCK線由MCU控制，發(fā)送完畢，在接收VICC響應(yīng)之前必須進(jìn)行時鐘線的切換，將控制權(quán)交由ASIC控制。MCU放棄時鐘線控制波形（TRAN1）：CRC校驗(yàn)。CRC16校驗(yàn)是對15693-3規(guī)定的FLAGS、命令序列號、命令內(nèi)容等字節(jié)的校驗(yàn)，不包括起始位和命令字節(jié)（8位）。適當(dāng)延時。例如：發(fā)送命令字節(jié)后適當(dāng)延時約100μs，以利ASIC正確動作。舉例以讀一個扇區(qū)為例，采用普通模式，VCD和VICC交互的完整過程如下：（發(fā)送）S1（起始位）2D（命令字節(jié)）40（FLAGS）20（讀扇區(qū)命令序號）01（扇區(qū)號）00（校驗(yàn)LOWBYTE）F2（校驗(yàn)HIGHBYTE）ES1（結(jié)束位）TRAN1（SCLOCK切換）（接收）S2（起始位）00（FLAGS）00（扇區(qū)安全狀態(tài)）31（數(shù)據(jù)1）32（數(shù)據(jù)2）33（數(shù)據(jù)3