射频识别(RFID)原理与应用单承赣等编著电子教案第8章13.56 MHz RFID技术

?RFID技术根底?单承赣教授8

13.56MHzRFID技术13.56MHz射频存储器应答器按存储器的类型分：ROM、EEPROM两大类。H4006〔EMMICROELECTRONIC-MARINSA公司产品〕片内带有ROM类存储器，是只读应答器；MCRF355/360芯片〔Microchip公司产品〕集成的存储器是EEPROM，以接触式方式编程，在射频工作时为只读方式。这两个应答器都是在应答器进入阅读器工作距离有效范围时即送出信息数据〔TTF，TagTalkFirst方式〕。28

13.56MHzRFID技术H4006芯片工作频率范围为10~15MHz，通常选用13.56MHz工作频率；片内有一个64位可编程存储器，可用于存储相关信息；信息传输方式采用负载调制，编码为密勒码〔Miller〕，数据传输速率为26484bps〔亦可为其他速率，但需预先选定〕；由于H4006芯片内含谐振回路的谐振电容和滤波电路的滤波电容，因而使用更方便。38

13.56MHzRFID技术内部电路框图H4006芯片电路的原理框图48

13.56MHzRFID技术电感参数的设置集成于片内的谐振电容C1〔约为94.5pF〕L1电感值为1.4μHQ值选择在30~40信息数据输出的序列结构序列结构组成起始位数据CRC停止位空隙长度1b64b16b1b9b58

13.56MHzRFID技术CRC校验16位CRC码的生成多项式为x16+x12+x5+1

68

13.56MHzRFID技术MCRF355/360芯片——Microchip具有防碰撞能力；采用接触式编程，编程后为只读器件；数据传送采用曼彻斯特编码，数据时钟频率为70kHz；采用低功耗CMOS电路设计；封装为PDIP或SOIC方式。78

13.56MHzRFID技术工作原理MCRF355/360芯片的内部结构88

13.56MHzRFID技术编程擦除方式的工作编码为0111010100写入方式的工作编码为0111010010读出方式的工作编码为0111010110

98

13.56MHzRFID技术编程108

13.56MHzRFID技术防碰撞技术读多个MCRF355/360芯片的示意图

118

13.56MHzRFID技术MIFARE技术非接触式与双接口IC智能射频卡主流技术为MIFARE技术Philips推出的产品包含六个系列：MIFAREClassic，MIFAREProx，MIFAREUltralight，MIFARE双接口，MIFAREDESFire8，MIFARE阅读器芯片。非接触式接口符合ISO/IEC14443TYPEA标准，接触式接口符合ISO/IEC7816标准128

13.56MHzRFID技术MIFAREClassic分为1K字节EEPROM的MIFARE®Standard及4K字节EEPROM的MIFARE®Standard4k以MIFARE1ICS50系列芯片为核心可靠性高、防碰撞能力强一卡多用、平安性能好卡与阅读器之间采用双向验证机制〔采用三次认证技术〕138

13.56MHzRFID技术MIFARE1ICS50芯片的电路组成框图148

13.56MHzRFID技术PCD和M1卡之间的交互过程158

13.56MHzRFID技术M1卡存储区构成扇区0的块0是一个特殊的块，该块存储了卡的制造商代码M1卡各扇区块3中，存取控制码有4个字节168

13.56MHzRFID技术MIFAREProx178

13.56MHzRFID技术PCD基站芯片ISO/IEC14443标准制定了非接触式射频卡〔PICC〕和阅读器〔PCD〕之间进行数据交换的接口标准TYPEA和TYPEB比较常用的支持TYPEA的阅读器芯片是MFRC500〔PhilipsSemiconductors产品〕188

13.56MHzRFID技术MFRC500芯片载波频率为13.56MHz；集成了编码调制和解调解码的收发电路；天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达10cm；内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器〔MCU〕的接口类型；具有内部地址锁存和IRQ线，可以很方便地与MCU接口；集成有64字节的收发FIFO缓存器；内部存放器、命令集、加密算法可支持TYPEA标准的各项功能198

13.56MHzRFID技术电路组成〔参见教科书图〕并行接口及控制电路FIFO〔先进先出〕缓存器密钥存储及加密算法〔cypto1〕状态机与存放器数据处理电路模拟电路〔调制、解调及输出驱动电路〕电源管理中断控制等局部组成。208

13.56MHzRFID技术芯片内部存放器配置内部存放器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址；内部存放器共分8页，每页8个存放器，每页的第1个存放器称为页存放器，用于选择该存放器页；内部存放器的配置情况如书中表所示，表中给出了页号、功能、存放器地址〔以16进制数给出〕及各个页的存放器名称。218

13.56MHzRFID技术芯片各存放器功能每个存放器由8位组成，具有读/写〔r/w〕，只读〔r〕，仅写〔w〕和动态〔dy〕4种特性。dy属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值r的值仅能由内部状态决定w的值可由MCU写入但不能读出r/w位可由MCU读写，但内部状态机只能读。各存放器的详细功能参见书中节。228

13.56MHzRFID技术EEPROM存储器共有32块，每块16字节。第一局部为块0，属性为只读，用于保存产品的有关信息；第二局部为块1和块2，它们具有读/写属性，用于存放存放器初始化启动文件；第三局部为块3至块7，用于存放存放器初始化文件，属性为读写；第四局部从块8至块31，属性为只写，用于存放加密运算的密钥。238

13.56MHzRFID技术FIFO缓存用于缓存微控制器MCU与芯片之间的输入/输出数据流写入FIFOData存放器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量从FIFOData存放器读，得到的是FIFO读指针所指FIFO的内容，读后读指针增量状态由PrimaryStatus、FIFOLevel、ErrorFlag、Control、FIFOLength存放器的相关位指示248

13.56MHzRFID技术中断请求定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、FIFO满、FIFO空0页存放器InterruptEn的相应位〔读/写属性〕用于相应中断请求的使能设置258

13.56MHzRFID技术接收电路268

13.56MHzRFID技术接收电路载波〔13.56MHz〕解调采用正交解调电路，所需的I和Q时钟〔两者相位角差为90°〕可在芯片内产生，解调器有I、Q两路输出，经增益可控放大〔由存放器RxControl1的设置控制〕和滤波后加至相关器，相关器有四路输出，可用存放器RxControl2的RcvClkSelI位〔位7〕选择I或Q时钟的相关器输出，经判决和数字化电路，判断有无位碰撞产生〔根据曼彻斯特码前后半位的特性，通过RxThreShold存放器的MinLevel和CollLevel位段的设置获得最正确效果〕，并送出有效的串行数据。278

13.56MHzRFID技术MFRC500芯片应用电路288

13.56MHzRFID技术MFRC500芯片应用电路并行接口初始化存放器地址的寻址加密和认证298

13.56MHzRFID技术MFRC500芯片天线电路设计电感耦合方式RFID系统的作用距离和以下因素有关：①阅读器天线的尺寸；②匹配电路的性能；③周围环境的影响。阅读器天线尺寸可以如下考虑：当作用距离为10cm时，根据第2章介绍的天线的最正确几何尺寸选择的算式，如果阅读器采用的是圆形天线，那么天线的半径应为10cm，如果采用的是长方形或方形的天线，可以以圆形天线所围面积为参考进行修正。308

13.56MHzRFID技术直接匹配天线四层PCB的结构图

318

13.56MHzRFID技术50Ω匹配天线328

13.56MHzRFID技术铁氧体屏蔽338

13.56MHzRFID技术SLF9000芯片阅读器〔PCD〕的专用芯片，符合ISO/IEC14443标准适用于接口标准