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无线射频识别(RFID)芯片技术解析

返回列表 来源:拓迪派克 查看手机网址 发布日期:2018-09-22 10:57:45【

RFID技术是射频识别技术的统称,同条形码、IC卡等其他识别方式相同,其基本功能是识别目标物品的唯一标识符,所不同的是以射频传输方式来完成非接触式的自动识别,并?#36842;?#36816;动目标与多目标的识别。RFID同时?#36136;?#19968;?#36136;?#25454;通信技术,具备通信系统的基本构件如发送、接收和信道以及传输信息等基本功能,所不同的是其传输的信息是人为的、同定的。凭借其存储容量大、识别目标多、读取距离远、数据可?#29992;?#31561;优点及发展潜力,RFID被誉为最有市场前景、最具改变人类生活方?#33014;?#39640;科技产业面貌的技术。

英特尔、微软、IBM、NEC、日立、讯宝等巨头企业,?#32423;訰FID技术倾注?#21496;?#22823;的热情。TI,Intel等美国集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行RFID芯片开发,IBM、Microsoft等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用,而菲利普电子公司则是RFID芯片制造?#26723;?#39046;头产商。故本文以Philips生产的Mifare lS50为例子,剖析RFID卡的结构及其芯片的通讯、存储技术。该卡的RFID芯片所具有的独特的MIFARE RF(射频)非接触式接口标?#23478;?#34987;制定为国际标准ISO/IEC 14443 TYPE A标准,其应用很广泛。

l Mifare lS50卡的结构及主要特性

Mifare 1 S50卡是一种非接触式IC卡,又称RFID卡(射频卡)。RFID卡是世界上最近几年蓬勃发展起来的一项新技术,他成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来,解决了卡中无电源和免接触使用这一难题,是电子器件领域的一大突破。

Mifare 1S50卡的电气部?#31181;?#30001;一个天线和一块RFID芯片组成。其中天线是只有几组绕线的线圈,封装到ISO卡片中。数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次。卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES和RES保密交叉算法,具有极高的保密性能。其主要特性

如下:

工作频率:13.56 MHz;

通信速率:106 kb/s;

防冲突?#21644;?#19968;时间可处理多张卡;

读写距离:在100 mm内(与天线形状有关)能方便快速地传递数据;

握手式半双工通讯方式;

在无线通讯过程中通过以下机制来保证数据完整防冲突机制;每块有16位CRC?#26469;?每?#32440;?#26377;奇偶校验位;检查位数;用编码方式来区分“1”、“0?#34987;?#26080;信息;信道监测(通过协议顺序和位流分析);

支持多卡操作;

材料:PVC;

尺寸:符合ISO10536标准;

无电池:无线方式传递数据和能量;

芯片加工技术:采用高速的CMOS E2PROM工艺;

安全性:3次相互认证(ISO/IEC DIS 9798-2);通讯过程中所有数据均?#29992;?#20197;防止信号截取;每一扇区有相互独立的密码;每张卡有32位全球惟一的序列号;传输密玛保护;

支持一卡多用的存储结构;

典型交易过程《100 ms。

2 Mifare 1S50卡的RFID芯片的内部结构

Mifare 1S50卡的芯片由RF-Interface(射频接口)和Digtal SecTIon(数字模块)两部分组成,如图1所示。

无线射频识别(RFID)芯片技术解析

射频接口部分由整流器、电压调节器、上电复位(POWER ON RESET,POR)模块、时钟再生器、调制器/解调器等部分组成。主要有4个功能:

(1)为RFID芯片内部各部分电路提供工作时所需要的能量。

(2)提供POR信号,使各部分电路同步启动工作。

(3)从载波中提取电路正常工作所需要的时?#26377;?#21495;。

(4)将载波上的指令和数据解调出来供数字模块处理以及?#28304;?#21457;送的数据进行调制。

数字模块主要由如下部分组成:

ATR(Answer to Request)模块:卡在读写器的天线工作范围内?#20445;?#24403;读写器向卡发出Request all(或:Requeststd)命令后,芯片的此模块启动,藉此建立与读写器的第一步通信。

AntiCollision模块:起防止卡片重叠。具体原理如下:若有多张卡在读写器天线的工作范围内?#20445;?#33455;片的此模块启动,读写器首先与所有的卡片通信,获取每一张卡的序列号,然后,根据序列号选定一张卡片。

Select Application模块:确认?#38053;?#29255;的选择。

Authentication & Access Control模块:卡片确认被选中后,启动此模块,进行卡片与读写器之间相互认证。只有通过相互认证,才能进行进一步的操作。

Control & Arithmetic Unit模块:此模块是整块芯片的控制中心,芯片内建的中央处理机单元。

RAM?#21495;?#21512;Control&Arithmetic Unit,将运算结果进?#24615;?#26102;存储;若有数据要存到E2PROM,则取出数据存到E2PROM中;若有数据要传送到读写器,则取出数据,让射频接口电?#26041;?#34892;处理,通过卡上的天线传送给读写器。

ROM:固化卡片运行所需要的必要的程序指令。

Crypto Unit:此模块完成对数据的?#29992;?#22788;理及密码保护。

E2PROM Interface:此模块为E2PROM的接口电路。

E2PROM Memory:E2PROM存储器。

3 Mifare 1S50卡的RFID芯片通信技术

卡与读写器之间的通信速率为106 kb/s。从卡向读写器传送信号?#20445;?#20351;用的副载波频率为847 kHz(fc/16),采用Manchester编码方式,开关键控(On-off Keying,OOK)调制信号;读写器向卡传输信号?#20445;?#20351;用的射频载波频率是13.56 MHz,采用同步时序、改进的:Miller 编码方式,调制深度为100%的ASK(Amplirude Shift Keying,幅移键控)信号。

Miller 编码用在半个比特周期的?#25105;?#36793;?#24403;?#31034;二进制1,而经过下一个周期中不变的电平表示二进制O,如果连续一串O,则在O比特周期开始时产生电平交变。改进Miller编码是对Miller编码的改型,每个边沿都用凹槽来代替。Manchester编码的方法是用在半个比特周期的负边沿表示二进制1,半个比特周期中的正边沿表示二进制0。图2为10100110采用Manchester,MillermModifiedMiller编码方式的结果。

无线射频识别(RFID)芯片技术

4 Mifare 1S50卡的RFID芯片支持一卡多用的存储技术

芯片中的E2PROM Memory容量为8 kh,一共分为16个扇区,每个扇区为4块(块0~块3),即整个E2PROMMemory共64块,块号编址为0~63,每块16个?#32440;?0~15 B),一块为一个存取单位。各扇区的块0(注:第0扇区的块0例外,他用于存放厂商代码,已经固化不可改写。其中:第0~4?#32440;?#20026;卡的序列号;第5?#32440;?#20026;序列号的校验码;第6?#32440;?#20026;卡的容量“SIZE”?#32440;?第7,8?#32440;?#20026;卡的类型?#32440;冢?#21363;Tag type?#32440;?其他?#32440;?#30001;厂商另加定义)、块1、块2为数据块,用于存储用户数据;各扇区的块3为各个扇区控制块,用于存放密码A(0~5?#32440;?、存取控制(6~9?#32440;?、密码B(10~15?#32440;?。

在存取控制中,每一块(块0,1,2,3)?#21152;?个控制位决定对该数据块或控制块的操作权限,控制位表示?#38382;?#20026;“CXxy”。其中:CX表示控制位号(X可以是1、2或3,例如:C1则表示第一控制位);z表示扇区;y表示块号。例如:“C2x1”表示某一扇区块1的第2控制位)。3个控制位在存取控制?#32440;?即各扇区块3中的第6~9?#32440;?中的位置,见表1(注:表中“_b”表示取反。例如:第6?#32440;?#30340;bit7中存放“1”?#20445;珻2x3=0;而B则表示备用位。

控制?#27426;?#21508;扇区数据块(块0、1或2)的控制,见表2(注:表中KeyA︱B表示密码A或密码B,Never表示没有条件?#36842;幀?/p>

控制?#27426;?#21508;扇区数据块3 的控制,见表3 。

无线射频识别(RFID)芯片技术

无线射频识别(RFID)芯片技术

无线射频识别(RFID)芯片技术

块3中,存取控制4B的初始化值(产商初始值)分别为“FF 07 80 69”“。根据表1可推断出各块的3位控制位的初始?#31561;?#19979;:C1x0 C2x0 C3x0=000,C1x1 C2x1 C3x1=000,C1x2 C2x2 C3x2=000,C1x3 C2x3 C3x3=001;根据表2可推断出(表2中的第一种情况),在初始的状态下验证密码A或密码B后,可?#36828;?#25968;据块0~2进行读、写?#21448;怠?#20943;值、初始化等操作;根据表3可推断出(表3中的第五种情况),验证密码A或B后,可以写密码A、可?#36828;列?#25511;制位、可读写密码B、但不能读密码A。

芯片中的数据块有两种应用方法,一?#36136;?#29992;作一般的数据保存用,直接读写。另一种用法是用作数值块,可以进行初始化、?#21448;怠?#20943;值、读?#26723;?#36816;算。应用系统配用相应的函数完成相应的功能。

综上所述,Mifare 1S50卡的芯片中E2PROM Memory分为16个扇区,他们互不?#25159;牛?#27599;个扇区均可分别设置各自的不同的密码及按需要设置存取控制(不用产商的初始值)。因此,每个扇区可?#36828;?#31435;应用于一个应用场合,?#36842;幀?#19968;卡通“,例如:交通一卡通、校园一卡通、企业一卡通、家庭缴费一卡通等。

5 结 语

RFID卡是射频识别技术与IC技术相结合的产物,与接触式IC卡相比较,他使用时无需与读写器接触,操作方便、快捷,使用可靠性高且使用寿命长,?#36865;猓用?#24615;能好有防冲突机制,可以一卡多用。目前,RFID卡在我国电子身份证、城市公共交通支付、证照与商品防伪、特种设备强检、安全管理、动植物电子标识、现代物流管理等领域展示了其美好的应用前景,所以,应加大研发RFID芯片的力?#21462;?/p>

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