《射频识别技术及应用》课件13.56 MHz RFID技术

13.56MHz射频存储器应答器13.56MHz射频存储器应答器MIFARE技术PCD基站芯片与应用

13.56MHz射频存储器应答器13.56MHz射频存储器应答器MIFARE技术PCD基站芯片与应用13.56MHz射频存储器应答器按存储器的类型分：ROM和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）。13.56MHz射频存储器应答器按存储器的类型分：ROM和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）。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)；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。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)；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。在无线方式下为只读存储卡，其编程采用在线编程方式。1.H4006芯片电路框图整流电路将从阅读器耦合获得的射频能量进行整流并经滤波电容C2平滑，产生直流电压VDD。1.H4006芯片电路框图在直流电源电压达到芯片所需电路工作电压时，电源管理电路激活芯片内电路。电源管理芯片置于射频能量场中，当电源电压达到Vr时，芯片处于读唤醒状态，经过一个64位时间，调制器开关电路接通，芯片完成其内部逻辑的初始化，数据传输也从此时开始并循环传送。如果电源电压降至Vmin以下，则芯片不能正常工作。当电压上升至Vmin以上时，需要再次初始化并接通调制器开关电路。芯片工作电压范围为Vmin-Vmax.1.H4006芯片电路框图存储在ROM中的信息数据经读出后，通过密勒码编码器产生密勒码输出，直接进行负载调制，实现芯片内数据向阅读器的传输。1.H4006芯片电路框图电感线圈L1是该芯片唯一需要外接的原件当载波频率为13.56MHz时，L1的值为1.4uH。电感参数集成于片内的谐振电容C1（约为94.5pF，Q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1b64b16b1b9b起始位为逻辑1，停止位为逻辑0.电感参数集成于片内的谐振电容C1（约为94.5pF，Q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1b64b16b1b9b第1-5位为芯片号组合设置位，每一个芯片有一个号码，它们可在1-25之间设置。第6-9位是制造厂保留位。第10-19位为IC名称位，共10位。第20-32位为用户标识位，共13位，可由厂家定义。第33-50位为扩展号位，共18位，这是唯一的系统号码。第51-64位为IC位置号设置位，共14位，可用于指示被加工芯片的精确位置。16位CRC码的生成多项式为x16+x12+x5+1。CRC码由64位数据计算生成，并用移位寄存器实现，该寄存器在每个停止位时复位为零。2.CRC校验H4006中，输出序列的停止位为逻辑0，利用9位的空隙位把电平拉低，以使起始位具有相同的形式。H4006芯片有6个引脚，C1和C2端接入电感线圈。H4006是只读存储器芯片，在进入阅读器的射频能量场后，即传输所存储的数据信息，其阅读器设计比较简单，仅需要提供射频能量场与解调、解码、读取数据的功能。H4006芯片可用于身份识别和工业生产领域。13.56MHz射频存储器应答器按存储器的类型分：ROM和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）。MCRF355/360芯片是Microchip公司生产的工作于13.56MHz的存储器应答器芯片。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(塑料双列直插式封装)或SOIC(小外型集成电路封装)方式。MCRF355/360芯片主要由射频前端电路、控制逻辑和存储器等三部分组成。1.工作原理天线耦合电路MCRF355/360芯片主要由射频前端电路、控制逻辑和存储器等三部分组成。1.工作原理天线耦合电路电源电路的作用是对射频信号进行整流、滤波、稳压以产生芯片电路工作所需的直流电源电压。电源复位控制(PowerOnReset,POR)的作用是当芯片首次进入阅读器电磁场有效范围时，由该电路产生一个POR信号，该信号将持续至电源电路产生稳定的VDD并使芯片能正常工作时为止。MCRF355/360芯片主要由射频前端电路、控制逻辑和存储器等三部分组成。1.工作原理天线耦合电路天线耦合回路由LC谐振回路组成。将从阅读器的射频电磁场中获得的耦合能量变换成工作电源，以负载调制方式传送信息数据至阅读器。LC谐振回路的接法（P224图8.8）编程模式有3种：擦除、写入、读出。2.编程编程模式有3种：擦除、写入、读出。擦除方式的工作编码为0111010100。在擦除方式中，整个阵列擦除至1，从VPRG送入0111010100码后实行擦除。2.编程编程模式有3种：擦除、写入、读出。写入方式的工作编码为0111010010。在写入方式中，当电平为VHH时，写入位为0，共154位写入。2.编程2.编程编程模式有3种：擦除、写入、读出。读出方式的工作编码为0111010110。在读出方式中，MCRF355/360芯片可从VPRG引脚串行送出存储位值。2.编程退出编程模式的方法有两种：一种是将电源VDD端关断，另一种是使CLK引脚的逻辑高电平在VPRG引脚达到高电平VHH之前出现。用户可提供任意154位的识别码集，由厂方提供编程支持，然后由用户自行完成编程操作。厂方也提供有专门的开发工具包供用户使用。3.调制器调制器完成负载调制功能，传输数据的编码是曼切斯特码，码长154位，将该码加到调制管，调制管开关接在antB和Vss引脚间，其导通电阻值R＝20，导通时电感线圈L2和导通电阻R并联，芯片所接的天线谐振回路失谐于13.56MHz。当调制管截止时，芯片所接的天线谐振回路的谐振回路失谐于13.56MHz。3.防碰撞技术

MCRF355/360芯片具有休眠模式，休眠时调制管保持导通，片上谐振回路处于失谐状态，阅读器不能从休眠状态的芯片读取数据。虽然此时芯片处于阅读器工作距离范围内，但不影响阅读器从被激活的MCRF355/360芯片中读取数据。MCRF355/360芯片防碰撞技术采用的时隙方法，能在多芯片中选择读出数据而互不影响。3.防碰撞技术

13.56MHz射频存储器应答器13.56MHz射频存储器应答器MIFARE技术PCD基站芯片与应用当今非接触式与双接口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。当今非接触式与双接口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NXP半导体公司提供两种不同版本：1K字节EEPROM的MIFARE®Standard及4K字节EEPROM的MIFARE®Standard4k。MIFAREStandard射频卡以MIFARE1ICS50系列芯片为核心。可靠性高、防碰撞能力强；一卡多用、安全性能好；卡与阅读器之间采用双向验证机制（采用三次认证技术）；读/写距离可达到150mm。1.MIFAREClassic

当用该芯片构成非接触式IC卡时，卡内仅需附加一个天线（线圈）。MIFARE1ICS50芯片的电路组成框图PCD发送REQUEST命令给所有在天线场范围内的M1卡，通过防碰撞循环，得到一个M1卡的序列号，选择此M1卡进行鉴别认证，通过后对存储器进行操作。PCD和M1卡之间的交互过程M1卡存储区的构成

整个存储结构划分为16个扇区，编号为0至15，每个扇区又可以分为4个块，编号分别为0至3。每个扇区的块3是一个特殊的块，这个块包含了该扇区的密码A、存取控制码、密码B，而其余3个块是一般的数据块。1.MIFAREClassic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，该代码不允许用户改写。制造商代码的第0-4字节为卡的序列号，第5字节为序列号的检验码，第6字节为卡的容量字节，第7和8字节为卡的类型号，其它字节由制造商自行定义。对于块3，永远不能执行DECREMENT、INCREMENT、TRANSFER、RESTORE这4个命令。当KEYB作为密码使用时，和KEYA一样不能读出的。当今非接触式与双接口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MIFAREProx系列芯片基于8位80C51内核，通过定制参数的存储器保护方式来保护芯片内存储器的安全性。MIFAREProx适合高端语言与操作系统，如JAVA。MIFAREProx通过ISO/IEC7816接触式接口与ISO/IEC14443TYPEA非接触式接口提供完整的接口功能，并与现有的MIFARE读取设备完全兼容。1.MIFAREProx双接口芯片的电路组成框图

13.56MHz射频存储器应答器13.56MHz射频存储器应答器MIFARE技术PCD基站芯片与应用比较常用的支持TYPEA的阅读器芯片是MFRC500（PhilipsSemiconductors产品）。同时支持TYPEA和TYPEB的阅读器芯片也获得广泛应用。以MFRC500和SLF9000芯片为例。比较常用的支持TYPEA的阅读器芯片是MFRC500（PhilipsSemiconductors产品）。同时支持TYPEA和TYPEB的阅读器芯片也获得广泛应用。以MFRC500和SLF9000芯片为例。MFRC500芯片是高度集成度的TYPEA阅读器芯片。可广泛用于非接触式公用电话、仪器仪表、手持终端和门禁等应用领域。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；内部寄存器、命令集、加密算法可支持TYPEA标准的各项功能。1.主要性能（P232图8.16）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）状态机与寄存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部分组成。2.电路组成MFRC500芯片的内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址。内部寄存器共分8页，每页8个寄存器，每页的第1个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页。微控制器通过对内部寄存器的写和读，可以预置和读出系统运行状况。3.芯片内部寄存器配置

每个寄存器由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。4.芯片内部寄存器功能EEPROM存储器共有32块，每块16字节。存储区分为4部分：第一部分为块0，属性为只读，用于保存产品的有关信息；第二部分为块1和块2，它们具有读/写属性，用于存放寄存器初始化启动文件；第三部分为块3至块7，用于存放寄存器初始化文件，属性为读写；第四部分从块8至块31，属性为只写，用于存放加密运算的密钥。5.EEPROM存储器5.EEPROM存储器5.EEPROM存储器

用于缓存微控制器MCU与芯片之间的输入/输出数据流，FIFO的输入/输出数据线和FIFOData寄存器相连。6.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，FIFO的输入/输出数据线和FIFOData寄存器相连。写入FIFOData寄存器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量。6.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，FIFO的输入/输出数据线和FIFOData寄存器相连。写入FIFOData寄存器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量。从FIFOData寄存器读，得到的是FIFO读指针所指FIFO的内容，读后读指针增量。6.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，FIFO的输入/输出数据线和FIFOData寄存器相连。写入FIFOData寄存器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量。从FIFOData寄存器读，得到的是FIFO读指针所指FIFO的内容，读后读指针增量。读、写指针之间的距离可由FIFOLength寄存器获得。6.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，FIFO的输入/输出数据线和FIFOData寄存器相连。写入FIFOData寄存器的字节也存入FIFO，并且内部FIFO写指针增量。从FIFOData寄存器读，得到的是FIFO读指针所指FIFO的内容，读后读指针增量。读、写指针之间的距离可由FIFOLength寄存器获得。状态由PrimaryStatus、FIFOLevel、ErrorFlag、Control、FIFOLength寄存器的相关位指示6.FIFO缓存中断请求有六种：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页寄存器InterruptEn的相应位（读/写属性）用于相应中断请求的使能设置。7.中断请求MFRC500内有定时器，可用于定时输出计数、看门狗计数、停止检测、定时触发和可编程的短定时器等工作。8.定时器电感耦合方式RFID系统的作用距离和下列因素有关：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，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。9.天线电路用于设计与ISO/IEC14443TYPEA、MIFARE类PICC进行信息交互的阅读器基站芯片。天线电路提供应答器所需的耦合能量，不加外部放大器时的作用距离应能达到10cm。

9.天线电路天线电路的模式有两大类：直接匹配天线和50Ω匹配天线。当阅读器与天线之间的距离很短时采用此种模式，如手持式阅读器、室内阅读器的情况。当阅读器与天线之间的距离较长时，常采用这种模式。天线要用同轴电缆或双绞线与功率放大器输出连接，需匹配电路。采用这种模式，阅读器与天线之间的距离可达到10m。