RFID与非接触式卡

RFID与非接触式卡智能卡家族(依ISO标准分类)2ISO7810ChipcadISO7816ContactlessChipcardsMemorycardProcessorcardProcessorcardMemorycardProcessorcardMemorycardClosecouplingISO10536ProximityISO14443VicinitycouplingISO15693CombiCard-ICombiCard-II3RFID无线射频识别系统RFID，RadioFrequencyIdentification小于2平方厘米，有如芝麻粒般大小的无线通信IC和天线所构成的器件通称

4RFID系统结构电源標签芯片读写器信号標签信号读写器天线射頻模組控制模組Copyright:余顯強RFID系统读写器(Reader)标签(Transponder;Tag)：IC卡芯片天线、线圈和金属片-耦合元件(Couplingelement)封膜(Housing)卡与读写器之间的信号

6RFID类型-按频率划分125kHz134kHz13.56MHz860MHz930MHz2400MHz2483.5MHz频率优点缺点应用低频125~134KHz部署广泛金属干扰低读取范围小(1.5m内)动物识别；容器管理；防窃系统高频13.56MHz部署广泛湿气影响低读取范围小(1.5m内)易受金属干扰图书馆应用；存取控制；行李管理；零售商品追踪超高频860~960MHz部署广泛通信范围高于其它标准易受湿气影响Tag太近时，易产生频差(detuning)货柜、容器追踪；货车追踪微波2.45GHz读取范围高普及率不高；实作复杂；未完全标准化ETC工作原理读写器天线1.包含AC电能的电波(ContinuousWave,CW)及时钟脉冲信号通过天线发送标签2.标签天线將AC电能转成DC供给標签芯片運作的电源，並將接受信号中的脉冲信号截取出來3.標签模块將接收的信号解码，并将运作后的资料回传给读写器的天线4.读写器将接收到標签回传的信号解码并获取资料8RFID类型-按结构分◆所有物品都成为通信对象1RFID种类特征应用成本读取专用型只能读取数据。由数十bits构成的特定ID编号制程管控物流系统防止伪造行李管理低可写入资料型内建数bytes~数Mb内存(EEPROM、FeRAM等)，可读写数据低~中内建微处理器型内建微处里器，使用内建ROM储存之OS运作，用于提高安全性的用途电子结帐出入管理会员卡务高含有感应器型以内建温度、压力感应器为主流动物识别轮胎管理高店頭倉庫即時庫存耐污、熱性強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色字典一本灰色小說一本10同時读取理论可通讯范围内多个RFID，对reader发出的信号会一起回应，而发生冲突解决方式Timeslot方法：依据RFID之ID错开responsetime1234ID001101…00ID100101…00ID101000…00ID101011…00符合前两bit者回应回应衝突休眠符合次两bit者回应回应衝突休眠符合後两bit者回应依binarycode先後次序回应∴先3後4项目实现之第二步——硬件实现MCUMIFARE卡读写模块EEPROM存储器RS232接口显示报警天线卡卡的信号调制方式

TypeA与TypeB调制程度的比较

TYPEA：100%ASKTYPEB：10%ASK从读写器到卡的调制与编码载波:fc=13.56MHz数据传输速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）调制方式：TYPEA用100%ASK，TYPEB用10%ASK，编码方式：TYPEA用改进的MILLER编码，TYPEB用NRZ编码（不归零制数位编码）从卡到读写器的调制与编码副载波:fc/16=847.5kHz数据传输速率：106kbit/s调制方式：副载波调制编码方式：TYPEA用MANCHESTER-ASK，TYPEB用BPSK-NRZ(二进制相移键控数位编码)非接触式IC卡系统构成非接触式IC卡：数据载体，应答器非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器，寻呼器

非接触式IC卡的基本构成

非接触式IC卡：芯片+天线+卡基非接触式IC卡系统构成非接触式IC卡：数据载体，应答器非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器，寻呼器非接触式IC卡与读写器接口电路（1）读写器发射激励信号（一组固定频率的电磁波），数字信息调制在该射频信号上。（2）IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。在电磁波的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可以作为电源为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。（谐振、整流、滤波、稳压）。（3）同时卡内的电路对接收到的谐振信号进行解调，还原数字信息，对信息进行分析处理，判断发自读写器的命令，如需在EEPROM中写入或修改内容，还需将2V电压提升到15V左右，以满足写入EEPROM的电压要求。（4）IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息（将应答信息调制到射频信号上）给读写器。（5）读写器接收IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。

读写模块MCM功能：读写器MCU与MIFARE卡之间的接口，负责读写卡，其基本功能包括产生发送/接收射频信号、调制/解调、防冲突处理和安全管理。工作频率：13.56MHz。通信速率：106Kbps

工作距离：MCM200——25mm，MCM500——100mm防冲突：真正的防冲突功能。安全性与可靠性：每个扇区设有3套密码及其认证和密码存储器，模块与卡片通信时，数据加密，多种通信校验机制接口：标准MIFARE并行接口MCM与MCU接口电路

直接用数据总线传送地址和数据：MODE、USEALE接高电平，ALE对接；A0~A3悬空P3.3驱动-CS，即P3.3为低时选中（激活）MCM200模块MCM200的-IRQ接P3.2；可用查询或中断方式接收MCM发送的数据

EMID厚卡EMID薄卡PHILIPSMIFARE1卡TI（德州仪器）Tag-it电子标签手表卡与钥匙扣卡特点频段工作频率数据传输速率读写距离读写区域低频125~134KHz慢适中(<1m)较为均匀高频13.56MHz较快适中(<1m)较为均匀超高频860~960MHz快远(<10m)很难定义不同频段射频卡的特点非接触式IC卡的国际标准标准组织阵营频段技术规范EPCglobal

全球产品电子代码管理中心

欧美企业沃尔玛、思科、敦豪快递、麦德龙和吉列等UHF(860-960MHz)电子产品代码(EPC)、电子标签规范和互操作性、识读器-电子标签通信协议、中间件软件系统接口等ISO/IEC国际标准组织/国际电工委员会

全球非盈利工业标准组织多个频段识别卡与身份识别ISO/IEC14443自动识别ISO/IEC15693ISO/IEC18000UID泛在技术核心组织日本电子厂商、IT企业2.45GHz和13.56MHz

电子标签超微芯片部分规格

注释：ICC——集成电路卡CICC——Close-CoupledICC，紧密（密耦合）卡；PICC——ProximityICC，称为接近（近耦合）卡；VICC——VicinityICC，称为邻近（疏耦合）卡。CD——CouplingDevice，是读写器中发射电磁波的部分

ISO/IEC14443国际标准现阶段ISO/IEC14443（草案）主要有两个体系并存：ISO/IEC14443-TypeA、ISO/IEC14443-TypeB。

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

TypeB：以ST（意法半导体）、MOTOROLA、ATMEL、韩国SAMSUNG和日本的NEC等公司为代表。

目前13.56MHz的产品主要包括：ISO14443TypeA卡——Mifare1S50卡、UltraLight卡LEGICTypeA卡、上海公交卡即华虹IC卡、复旦微电子TypeA卡ISO14443TypeB卡——ATMELRF020ISO15693（电子标签）卡——PHILIPSI-Code2、TITag-it标签I-CODE（电子标签）卡——PHILIPSI-Code、上海贝岭BL75R02SONYFelica卡——香港八达通、深圳通中国二代身份证非接触式IC卡工作原理

要解决的三大问题：（1）非接触卡如何取得工作电压。（2）读写器与IC卡之间如何交换信息。（3）防冲突问题：多张卡同时进入读写器发射的能量区域（即发生冲突）时如何对卡逐一进行处理。

非接触式IC卡与读写器接口电路（1）读写器发射激励信号（一组固定频率的电磁波），数字信息调制在该射频信号上。（2）IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。在电磁波的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可以作为电源为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。（谐振、整流、滤波、稳压）。（3）同时卡内的电路对接收到的谐振信号进行解调，还原数字信息，对信息进行分析处理，判断发自读写器的命令，如需在EEPROM中写入或修改内容，还需将2V电压提升到15V左右，以满足写入EEPROM的电压要求。（4）IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息（将应答信息调制到射频信号上）给读写器。（5）读写器接收IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。

初始化与防冲突

（AntiCollion）如果有2张或2张以上的IC卡进入读写器的工作范围，称之为冲突（或碰撞Collion），此时就需要解决如何对多张IC卡逐一处理的问题——防冲突

AntiCollion。防冲突方案：位帧防冲突（BitAntiCollision）动态时隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）协议ISO/IEC10536定义的卡称为密耦合卡；ISO/IEC14443定义的卡是近耦合卡（PICC），对应读卡机具简写为PCD；ISO/IEC15693对应的卡是遥耦合卡（VICC），对应的读卡机具简写为VCD。VICC比PICC具有更远的读卡距离，二者均采用13.56MHz工作频率，均具有防冲突机制。ISO/IEC15693-2协议ISO/IEC15693-2所规定的VCD与VICC通信物理层协议全部由ASIC实现，用户通过同步串行接口（SPI）遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以实现VICC的读写操作。MCU和ASIC的通信接口有三根线：SCLOCK、DIN、DOUT，分别代表时钟线、数据输入线、数据输出线。时钟线是双向的，发送数据时由MCU控制，接收数据时由ASIC控制，在时钟的上升沿ASIC锁存数据。DOUT除了在接收数据期间的数据输出功能外，还用来表征ASIC内部FIFO的情况。DOUT内部下拉，平时为低电平。输入数据过程中，当ASIC的16位FIFO寄存器满时，DOUT线会自动跳变为高电平，直到FIFO寄存器空出，DOUT线又会跳变为低电平。在DOUT为高电平期间，输入数据无效。除了通信线外，M_ERR线用来在同时读多张卡的时候表征数据的冲突情况。同样，M_RR线内部下拉，平时为低电平，冲突时此线会升为高电平。命令结构

在普通模式下，命令序列结构如下：起始位S1：起始位波形是当SCLOCK位高电平时DIN发生一个上升沿。

命令字节：规定ASIC与VICC通讯时的有关参数。例如，2DH，表示支持的射频协议是15693（1outof4），AM调制方式，调制率100%，返回数据波特率6.67kb/s。注意：命令字节的发送顺序是高位在先，即：MSBFIRST。数据：数据域内容由15693-3所规定。15693-3命令的一般格式是：15693命令序列中，FLAGS规定着命令内容中某些可选域存在与否。注意到S1和ES1在ASIC命令序列中已经存在，所以只须把15693命令序列中FLAGS、命令序号、命令内容、CRC16等域的内容取出填入ASIC序列中的数据域打包。注意：数据域发送顺序是低位在先，即：LSBFIRST。通信过程要注意的问题时间寄存器初始化。初始化序列是：S1011110110000000111000ES1。发送顺序。命令字节（8位）发送的顺序是MSBFIRST，其它数据均是LSBFIRFIFO管理。发送每一位时都要检测DOUT的电平。DOUT高电平时停止发送，直到DOUT恢复为低电平。时钟线切换。命令发送过程中，双向时钟SCLOCK线由MCU控制，发送完毕，在接收VICC响应之前必须进行时钟线的切换，将控制权交由ASIC控制。MCU放弃时钟线控制波形（TRAN1）：CRC校验。CRC16校验是对15693-3规定的FLAGS、命令序列号、命令内容等字节的校验，不包括起始位和命令字节（8位）。适当延时。例如：发送命令字节后适当延时约100μs，以利ASIC正确动作。举例以读一个扇区为例，采用普通模式，VCD和VICC交互的完整过程如下：（发送）S1（起始位）2D（命令字节）40（FLAGS）20（读扇区命令序号）01（扇区号）00（校验LOWBYTE）F2（校验HIGHBYTE）ES1（结束位）TRAN1（SCLOCK切换）（接收）S2（起始位）00（FLAGS）00（扇区安全状态）31（数据1）32（数据2）33（数据3