第5章(電子標(biāo)簽)

1、1第5章 RFID電子標(biāo)簽無芯片有芯片25.1 一位電子標(biāo)簽 特點： 數(shù)據(jù)量為1位； 電子標(biāo)簽只有1和0兩種狀態(tài)。分別是“在讀寫器工作區(qū)有電子標(biāo)簽”和“在讀寫器工作區(qū)沒有電子標(biāo)簽”； 不需要芯片。 工作方法： 射頻法、微波法、分頻法、智能型、電磁法和聲磁法。 應(yīng)用：20世紀(jì)60年代，商店防盜系統(tǒng)。3 1射頻法工作原理系統(tǒng)組成：讀寫器（檢測器）、電子標(biāo)簽和去激活器。工作原理： 電子標(biāo)簽采用L-C振蕩電路進行工作，振蕩電路將頻率調(diào)諧到某一振蕩頻率上。 射頻法工作系統(tǒng)由讀寫器（檢測器）發(fā)出某一頻率的交變磁場，當(dāng)交變磁場的頻率與電子標(biāo)簽的諧振頻率相同時，電子標(biāo)簽的振蕩電路產(chǎn)生諧振，同時振蕩電路中的電流

2、對外部的交變磁場產(chǎn)生反作用，并導(dǎo)致交變磁場振幅減小。讀寫器（檢測器）如果檢測到交變磁場減小，就將報警。 當(dāng)電子標(biāo)簽使用完畢后，用“去激活器”將電子標(biāo)簽銷毀。45EAS系統(tǒng)防盜檢測的步驟如下。（1）將防盜標(biāo)簽附著在商品上。（如軟標(biāo)簽和硬標(biāo)簽）（2）在商場出口通道或收銀通道處安裝檢測器。（3）付款后的商品經(jīng)過專用解碼器使標(biāo)簽解碼失效或開鎖取下標(biāo)簽。 （4）未付款商品（附著標(biāo)簽）經(jīng)過出口時，門道檢測器測出標(biāo)簽并發(fā)出警報，攔截商品出門。2 2電子商品防盜系統(tǒng)簡介電子商品防盜系統(tǒng)簡介現(xiàn)今電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）在零售商業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣

3、泛。它是一種為零售商業(yè)減少開架售貨時商品失竊，從而增加銷售利潤的電子防盜產(chǎn)品，是目前大型零售行業(yè)廣泛采用的商品安全措施之一。6 5.2采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是傳播于壓電晶體表面的機械波；無芯片；始于20世紀(jì)80年代，近年來成為熱點；基礎(chǔ)技術(shù)：電子學(xué)、聲學(xué)、雷達、半導(dǎo)體平面技術(shù)及信號處理技術(shù)。71聲表面波器件SAW，就是在壓電固體材料表面產(chǎn)生和傳播彈性波，該波振幅隨深入固體材料深度的增加而迅速減小。 典型的聲表面波器件結(jié)構(gòu)原理圖如圖5-3所示。電信號通過叉指發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成聲信號（聲表面波），在介質(zhì)中傳播一定距離

4、后到達接收叉指換能器，又轉(zhuǎn)換成電信號，從而得到對輸入電信號模擬處理的輸出電信號。82聲表面波的特點 （1）實現(xiàn)電子器件的超小型化。速度低，波長短。（2）實現(xiàn)電子器件的優(yōu)越性能。（3）易于工業(yè)化生產(chǎn)。單晶材料半導(dǎo)體平面工藝。（4）性能穩(wěn)定。 3聲表面波標(biāo)簽采用先進微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計靈活等優(yōu)點。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz2.5GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。SAW標(biāo)簽?zāi)壳暗墓ぷ黝l率主要為2.45GHz，這種標(biāo)簽無源，而且抗電磁干擾能力強，具有一定獨特的優(yōu)勢，是對集成電路技術(shù)的補充。

5、9SAW標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成。 由于聲表面波傳播速度低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過幾微秒的延遲時間后才回到讀寫器，在此延遲期間，來自讀寫器周圍的干擾反射已衰減，不會對聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號產(chǎn)生干擾。10114聲表面波技術(shù)的發(fā)展方向l 提高工作頻率l 微型化、片式化、組合化l 降低插入損耗:l 寬帶化l 提升耐電力特性125.3含有芯片的電子標(biāo)簽 含有芯片的電子標(biāo)簽是以集成電路芯片為基礎(chǔ)的電子數(shù)據(jù)載體，這也是目前使用最多的電子標(biāo)簽。含有芯片的電子標(biāo)簽基本由天線、模擬前端（射頻前端）和控制電路三部分組成。 從讀寫器發(fā)出的信號，被電子標(biāo)簽的天線接收，該信號通過模擬前端（射頻前端）電路，

6、進入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對數(shù)據(jù)流做各種邏輯處理。為了將處理后的數(shù)據(jù)流返回到讀寫器，射頻前端采用負載調(diào)制器或反向散射調(diào)制器等多種工作方式。135.3.1模擬前端1電感耦合工作方式的模擬前端 當(dāng)電子標(biāo)簽進入讀寫器產(chǎn)生的磁場區(qū)域后，電子標(biāo)簽通過與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，該交變電壓通過整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片提供所需的直流電壓。142電磁反向散射工作方式的射頻前端 當(dāng)電子標(biāo)簽采用電磁反向散射的工作方式時，射頻前端有發(fā)送電路、接收電路和公共電路三部分發(fā)送電路發(fā)送電路的主要功能是對控制部分處理好的數(shù)字基帶信號的主要功能是對控制部分處理好的數(shù)字基帶信號進行處理，然后通過電子標(biāo)簽的天

7、線將信息發(fā)送給讀寫器。進行處理，然后通過電子標(biāo)簽的天線將信息發(fā)送給讀寫器。發(fā)送電路主要由調(diào)制電路、上變頻混頻器、帶通濾波器和發(fā)送電路主要由調(diào)制電路、上變頻混頻器、帶通濾波器和功率放大器構(gòu)成功率放大器構(gòu)成15 接收電路的主要功能是對天線接收到的已調(diào)信號進行解調(diào)，恢復(fù)數(shù)字基帶信號，然后送到電子標(biāo)簽的控制部分。接收電路主要由濾波器、放大器、混頻器和電壓比較器構(gòu)成，用來完成包絡(luò)產(chǎn)生和檢波的功能。公共電路是射頻發(fā)送和射頻接收電路共同涉及的電路，包括電源產(chǎn)生電路、限制幅度電路、時鐘恢復(fù)電路和復(fù)位電路等。161718 接收電路組成： 濾波電路：對射頻頻率進行濾波，濾出不要頻率 放大電路：對接收的微小信號放大

8、 下變頻混頻器：對射頻信號混頻，搬遷到中頻 帶通濾波器：對中頻頻率濾波，濾出不要頻率 電壓比較器：回復(fù)原始基帶信號195.3.2控制部分的電路結(jié)構(gòu)控制部分的電路基本分為兩類，一類是具有存儲功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽；一類是含有微處理器的電子標(biāo)簽。1具有存儲功能的電子標(biāo)簽 具有存儲功能的電子標(biāo)簽，控制部分主要由地址和安全邏輯、存儲器組成，這種電子標(biāo)簽的主要特點是利用狀態(tài)自動機在芯片上實現(xiàn)尋址和安全邏輯。202含有微處理器的電子標(biāo)簽 含有微處理器的電子標(biāo)簽，控制部分主要由編解碼電路、微處理器和存儲器組成215.4具有存儲功能的電子標(biāo)簽 本節(jié)討論具有存儲功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽，并只討論這

9、類電子標(biāo)簽的控制電路部分225.4.1地址和安全邏輯 這種電子標(biāo)簽沒有微處理器，地址和安全邏輯是數(shù)據(jù)載體的心臟，通過狀態(tài)機對所有的過程和狀態(tài)進行有關(guān)的控制。1地址和安全邏輯電路的構(gòu)成 地址和安全邏輯電路主要由電源電路、時鐘電路、I/O寄存器、加密部件和狀態(tài)機構(gòu)成。 2狀態(tài)機狀態(tài)機可以理解為一種裝置，能采取某種操作來響應(yīng)一個外部事件。具體采取的操作不僅取決于接收到的事件，還取決于各個事件的相對發(fā)生順序。之所以能做到這一點，是因為裝置能跟蹤一個內(nèi)部狀態(tài)，會在收到事件后進行更新。這樣一來，任何邏輯都可以建模成一系列事件與狀態(tài)的組合。23 狀態(tài)機可歸納為4個要素：現(xiàn)態(tài)、條件、動作和次態(tài)。這樣的歸納，主

10、要是出于對狀態(tài)機的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?，F(xiàn)態(tài)是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。條件又稱為“事件”，當(dāng)一個條件被滿足，將會觸發(fā)一個動作，或執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。動作是指條件滿足后執(zhí)行的動作，動作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動作，直接遷移到新狀態(tài)。次態(tài)是指條件滿足后要遷往的新狀態(tài)。“次態(tài)”是相對于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。245.4.2存儲器 具有存儲功能的電子標(biāo)簽種類很多，電子標(biāo)簽的檔次與存儲器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這類電子標(biāo)簽分為只讀電子標(biāo)簽、可寫入式電子標(biāo)簽、具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲的電子標(biāo)簽。其中，只

11、讀電子標(biāo)簽檔次最低，具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲的電子標(biāo)簽檔次較高。 25l 只讀電子標(biāo)簽 （只讀標(biāo)簽ROM、一次性編程只讀標(biāo)簽PROM、可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽EEPROM）l 可寫入式電子標(biāo)簽（SRAM和FRAM）l 具有密碼功能的電子標(biāo)簽（分級密鑰及其應(yīng)用）l 公交卡，醫(yī)療卡，門禁卡，秘鑰A秘鑰A秘鑰B秘鑰B只讀可讀可寫26 分段存儲的電子標(biāo)簽 當(dāng)電子標(biāo)簽存儲的容量較大時，可以將電子標(biāo)簽的存儲器分為多個存儲段。每個存儲段單元具有獨立的功能，存儲著不同應(yīng)用的獨立數(shù)據(jù)。并且各個段單元有單獨的密鑰保護，以防止非法的訪問。275.4.3非接觸式IC卡芯片介紹非接觸式IC卡又稱射頻IC卡，是世界上近

12、些年廣泛使用的一項技術(shù)。它成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合，是電子科技領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的成果。非接觸式IC卡是智能化“一卡通”管理的全面解決方案，廣泛應(yīng)用于智能樓宇、智能小區(qū)、現(xiàn)代企業(yè)和學(xué)校等領(lǐng)域，可用于通道控制、物流管理、停車場管理、商業(yè)消費、企業(yè)管理和學(xué)校管理等方面。1IC卡與ID卡 IC卡全稱為集成電路卡（Integrated Circuit Card），又稱智能卡（Smart Card）。IC卡可讀寫，容量大，有加密功能，數(shù)據(jù)記錄可靠，使用很方便。 ID卡全稱為身份識別卡（Identification Card），是一種不可寫入的感應(yīng)卡。ID卡含有固定的編號。 28磁條卡磁條卡ID卡

13、卡接觸式接觸式IC卡卡非接觸式非接觸式IC卡卡295.4.4 MIFARE技術(shù) MIFARE技術(shù)的IC卡應(yīng)用領(lǐng)域占世界80的市場份額，是目前射頻IC卡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前世界上使用量最大、內(nèi)存容量最大的一種感應(yīng)式智能IC卡。1 1MIFARE卡具有的優(yōu)點卡具有的優(yōu)點 （1 1）操作簡單、快捷。無需）操作簡單、快捷。無需插拔。插拔。 （2 2）抗干擾能力強?？焖俜溃┛垢蓴_能力強?？焖俜罌_突機制。沖突機制。 （3 3）可靠性高。）可靠性高。（4 4）適合于一卡多用。容量大）適合于一卡多用。容量大302MIFARE卡的技術(shù)參數(shù) Mifare卡的主要芯片有philip mifare one S50、p

14、hilip mifare one S70等。技術(shù)參數(shù)包括 數(shù)據(jù)存儲方式、 數(shù)據(jù)的安全性、工作模式、 工作溫度、工作頻率、通信速率、讀寫距離等。3MIFARE卡的安全性 Mifare OneMifare One卡是加密存儲卡，盡管它能進行卡是加密存儲卡，盡管它能進行動態(tài)的安全驗證，但其性能遠不如動態(tài)的安全驗證，但其性能遠不如CPUCPU卡。有效防卡。有效防范范Mifare OneMifare One卡算法破解的根本方法，就是升級卡算法破解的根本方法，就是升級現(xiàn)有的現(xiàn)有的ICIC卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為CPUCPU卡卡。313216個扇區(qū)結(jié)構(gòu)33343536

15、37385.5含有微處理器的電子標(biāo)簽5.5.1微處理器是微型計算機的核心部件是微型計算機的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。鍵部件。 已經(jīng)無處不在已經(jīng)無處不在，無論是智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，無論是智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制、數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各，還是汽車引擎控制、數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各類不同的微處理器。類不同的微處理器。5.5.2操作系統(tǒng)命令的處理過程 讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送的命令，經(jīng)電子標(biāo)簽的天線進入讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送的命令，經(jīng)電子標(biāo)簽的天線進入射頻模塊，信號在射頻模塊中處理后，被傳送到操作系統(tǒng)射頻模塊，信號在射頻模塊中處理后，被傳送到操作系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)程序模塊是以代碼的形式寫入中。操作系統(tǒng)程序模塊是以代碼的形式寫入ROMROM的，并在