《射頻識別技術(shù)及應(yīng)用》課件13.56 MHz RFID技術(shù)

13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器MIFARE技術(shù)PCD基站芯片與應(yīng)用

13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器MIFARE技術(shù)PCD基站芯片與應(yīng)用13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器按存儲器的類型分：ROM和EEPROM兩大類。H4006（EMMICROELECTRONIC-MARINSA公司產(chǎn)品）片內(nèi)帶有ROM類存儲器，是只讀應(yīng)答器；MCRF355/360芯片（Microchip公司產(chǎn)品）集成的存儲器是EEPROM，以接觸式方式編程，在射頻工作時(shí)為只讀方式。這兩個(gè)應(yīng)答器都是在應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器工作距離有效范圍時(shí)即送出信息數(shù)據(jù)（TTF，TagTalkFirst方式）。13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器按存儲器的類型分：ROM和EEPROM兩大類。H4006（EMMICROELECTRONIC-MARINSA公司產(chǎn)品）片內(nèi)帶有ROM類存儲器，是只讀應(yīng)答器；MCRF355/360芯片（Microchip公司產(chǎn)品）集成的存儲器是EEPROM，以接觸式方式編程，在射頻工作時(shí)為只讀方式。這兩個(gè)應(yīng)答器都是在應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器工作距離有效范圍時(shí)即送出信息數(shù)據(jù)（TTF，TagTalkFirst方式）。H4006芯片工作頻率范圍為10~15MHz，通常選用13.56MHz工作頻率；片內(nèi)有一個(gè)64位可編程存儲器，可用于存儲相關(guān)信息；信息傳輸方式采用負(fù)載調(diào)制，編碼為密勒碼(Miller)；由于H4006芯片內(nèi)含諧振回路的諧振電容和濾波電路的濾波電容，因而使用更方便。H4006芯片工作頻率范圍為10~15MHz，通常選用13.56MHz工作頻率；片內(nèi)有一個(gè)64位可編程存儲器，可用于存儲相關(guān)信息；信息傳輸方式采用負(fù)載調(diào)制，編碼為密勒碼(Miller)；由于H4006芯片內(nèi)含諧振回路的諧振電容和濾波電路的濾波電容，因而使用更方便。在無線方式下為只讀存儲卡，其編程采用在線編程方式。1.H4006芯片電路框圖整流電路將從閱讀器耦合獲得的射頻能量進(jìn)行整流并經(jīng)濾波電容C2平滑，產(chǎn)生直流電壓VDD。1.H4006芯片電路框圖在直流電源電壓達(dá)到芯片所需電路工作電壓時(shí)，電源管理電路激活芯片內(nèi)電路。電源管理芯片置于射頻能量場中，當(dāng)電源電壓達(dá)到Vr時(shí)，芯片處于讀喚醒狀態(tài)，經(jīng)過一個(gè)64位時(shí)間，調(diào)制器開關(guān)電路接通，芯片完成其內(nèi)部邏輯的初始化，數(shù)據(jù)傳輸也從此時(shí)開始并循環(huán)傳送。如果電源電壓降至Vmin以下，則芯片不能正常工作。當(dāng)電壓上升至Vmin以上時(shí)，需要再次初始化并接通調(diào)制器開關(guān)電路。芯片工作電壓范圍為Vmin-Vmax.1.H4006芯片電路框圖存儲在ROM中的信息數(shù)據(jù)經(jīng)讀出后，通過密勒碼編碼器產(chǎn)生密勒碼輸出，直接進(jìn)行負(fù)載調(diào)制，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)數(shù)據(jù)向閱讀器的傳輸。1.H4006芯片電路框圖電感線圈L1是該芯片唯一需要外接的原件當(dāng)載波頻率為13.56MHz時(shí)，L1的值為1.4uH。電感參數(shù)集成于片內(nèi)的諧振電容C1（約為94.5pF，Q值選擇在30~40信息數(shù)據(jù)輸出的序列結(jié)構(gòu)序列結(jié)構(gòu)組成起始位數(shù)據(jù)CRC停止位空隙長度1b64b16b1b9b起始位為邏輯1，停止位為邏輯0.電感參數(shù)集成于片內(nèi)的諧振電容C1（約為94.5pF，Q值選擇在30~40信息數(shù)據(jù)輸出的序列結(jié)構(gòu)序列結(jié)構(gòu)組成起始位數(shù)據(jù)CRC停止位空隙長度1b64b16b1b9b第1-5位為芯片號組合設(shè)置位，每一個(gè)芯片有一個(gè)號碼，它們可在1-25之間設(shè)置。第6-9位是制造廠保留位。第10-19位為IC名稱位，共10位。第20-32位為用戶標(biāo)識位，共13位，可由廠家定義。第33-50位為擴(kuò)展號位，共18位，這是唯一的系統(tǒng)號碼。第51-64位為IC位置號設(shè)置位，共14位，可用于指示被加工芯片的精確位置。16位CRC碼的生成多項(xiàng)式為x16+x12+x5+1。CRC碼由64位數(shù)據(jù)計(jì)算生成，并用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，該寄存器在每個(gè)停止位時(shí)復(fù)位為零。2.CRC校驗(yàn)H4006中，輸出序列的停止位為邏輯0，利用9位的空隙位把電平拉低，以使起始位具有相同的形式。H4006芯片有6個(gè)引腳，C1和C2端接入電感線圈。H4006是只讀存儲器芯片，在進(jìn)入閱讀器的射頻能量場后，即傳輸所存儲的數(shù)據(jù)信息，其閱讀器設(shè)計(jì)比較簡單，僅需要提供射頻能量場與解調(diào)、解碼、讀取數(shù)據(jù)的功能。H4006芯片可用于身份識別和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器按存儲器的類型分：ROM和EEPROM兩大類。H4006（EMMICROELECTRONIC-MARINSA公司產(chǎn)品）片內(nèi)帶有ROM類存儲器，是只讀應(yīng)答器；MCRF355/360芯片（Microchip公司產(chǎn)品）集成的存儲器是EEPROM，以接觸式方式編程，在射頻工作時(shí)為只讀方式。這兩個(gè)應(yīng)答器都是在應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器工作距離有效范圍時(shí)即送出信息數(shù)據(jù)（TTF，TagTalkFirst方式）。MCRF355/360芯片是Microchip公司生產(chǎn)的工作于13.56MHz的存儲器應(yīng)答器芯片。具有防碰撞能力；采用接觸式編程，編程后為只讀器件；數(shù)據(jù)傳送采用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率為70kHz；采用低功耗CMOS電路設(shè)計(jì)；封裝為PDIP(塑料雙列直插式封裝)或SOIC(小外型集成電路封裝)方式。MCRF355/360芯片主要由射頻前端電路、控制邏輯和存儲器等三部分組成。1.工作原理天線耦合電路MCRF355/360芯片主要由射頻前端電路、控制邏輯和存儲器等三部分組成。1.工作原理天線耦合電路電源電路的作用是對射頻信號進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓以產(chǎn)生芯片電路工作所需的直流電源電壓。電源復(fù)位控制(PowerOnReset,POR)的作用是當(dāng)芯片首次進(jìn)入閱讀器電磁場有效范圍時(shí)，由該電路產(chǎn)生一個(gè)POR信號，該信號將持續(xù)至電源電路產(chǎn)生穩(wěn)定的VDD并使芯片能正常工作時(shí)為止。MCRF355/360芯片主要由射頻前端電路、控制邏輯和存儲器等三部分組成。1.工作原理天線耦合電路天線耦合回路由LC諧振回路組成。將從閱讀器的射頻電磁場中獲得的耦合能量變換成工作電源，以負(fù)載調(diào)制方式傳送信息數(shù)據(jù)至閱讀器。LC諧振回路的接法（P224圖8.8）編程模式有3種：擦除、寫入、讀出。2.編程編程模式有3種：擦除、寫入、讀出。擦除方式的工作編碼為0111010100。在擦除方式中，整個(gè)陣列擦除至1，從VPRG送入0111010100碼后實(shí)行擦除。2.編程編程模式有3種：擦除、寫入、讀出。寫入方式的工作編碼為0111010010。在寫入方式中，當(dāng)電平為VHH時(shí)，寫入位為0，共154位寫入。2.編程2.編程編程模式有3種：擦除、寫入、讀出。讀出方式的工作編碼為0111010110。在讀出方式中，MCRF355/360芯片可從VPRG引腳串行送出存儲位值。2.編程退出編程模式的方法有兩種：一種是將電源VDD端關(guān)斷，另一種是使CLK引腳的邏輯高電平在VPRG引腳達(dá)到高電平VHH之前出現(xiàn)。用戶可提供任意154位的識別碼集，由廠方提供編程支持，然后由用戶自行完成編程操作。廠方也提供有專門的開發(fā)工具包供用戶使用。3.調(diào)制器調(diào)制器完成負(fù)載調(diào)制功能，傳輸數(shù)據(jù)的編碼是曼切斯特碼，碼長154位，將該碼加到調(diào)制管，調(diào)制管開關(guān)接在antB和Vss引腳間，其導(dǎo)通電阻值R＝20，導(dǎo)通時(shí)電感線圈L2和導(dǎo)通電阻R并聯(lián)，芯片所接的天線諧振回路失諧于13.56MHz。當(dāng)調(diào)制管截止時(shí)，芯片所接的天線諧振回路的諧振回路失諧于13.56MHz。3.防碰撞技術(shù)

MCRF355/360芯片具有休眠模式，休眠時(shí)調(diào)制管保持導(dǎo)通，片上諧振回路處于失諧狀態(tài)，閱讀器不能從休眠狀態(tài)的芯片讀取數(shù)據(jù)。雖然此時(shí)芯片處于閱讀器工作距離范圍內(nèi)，但不影響閱讀器從被激活的MCRF355/360芯片中讀取數(shù)據(jù)。MCRF355/360芯片防碰撞技術(shù)采用的時(shí)隙方法，能在多芯片中選擇讀出數(shù)據(jù)而互不影響。3.防碰撞技術(shù)

13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器MIFARE技術(shù)PCD基站芯片與應(yīng)用當(dāng)今非接觸式與雙接口IC智能射頻卡主流技術(shù)為MIFARE技術(shù)。Philips推出的產(chǎn)品包含六個(gè)系列：MIFAREClassic，MIFAREProx，MIFAREUltralight，MIFARE雙接口，MIFAREDESFire8，MIFARE閱讀器芯片。非接觸式接口符合ISO/IEC14443TYPEA標(biāo)準(zhǔn)，接觸式接口符合ISO/IEC7816標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今非接觸式與雙接口IC智能射頻卡主流技術(shù)為MIFARE技術(shù)。Philips推出的產(chǎn)品包含六個(gè)系列：MIFAREClassic，MIFAREProx，MIFAREUltralight，MIFARE雙接口，MIFAREDESFire8，MIFARE閱讀器芯片。非接觸式接口符合ISO/IEC14443TYPEA標(biāo)準(zhǔn)，接觸式接口符合ISO/IEC7816標(biāo)準(zhǔn)NXP半導(dǎo)體公司提供兩種不同版本：1K字節(jié)EEPROM的MIFARE?Standard及4K字節(jié)EEPROM的MIFARE?Standard4k。MIFAREStandard射頻卡以MIFARE1ICS50系列芯片為核心。可靠性高、防碰撞能力強(qiáng)；一卡多用、安全性能好；卡與閱讀器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制（采用三次認(rèn)證技術(shù)）；讀/寫距離可達(dá)到150mm。1.MIFAREClassic

當(dāng)用該芯片構(gòu)成非接觸式IC卡時(shí)，卡內(nèi)僅需附加一個(gè)天線（線圈）。MIFARE1ICS50芯片的電路組成框圖PCD發(fā)送REQUEST命令給所有在天線場范圍內(nèi)的M1卡，通過防碰撞循環(huán)，得到一個(gè)M1卡的序列號，選擇此M1卡進(jìn)行鑒別認(rèn)證，通過后對存儲器進(jìn)行操作。PCD和M1卡之間的交互過程M1卡存儲區(qū)的構(gòu)成

整個(gè)存儲結(jié)構(gòu)劃分為16個(gè)扇區(qū)，編號為0至15，每個(gè)扇區(qū)又可以分為4個(gè)塊，編號分別為0至3。每個(gè)扇區(qū)的塊3是一個(gè)特殊的塊，這個(gè)塊包含了該扇區(qū)的密碼A、存取控制碼、密碼B，而其余3個(gè)塊是一般的數(shù)據(jù)塊。1.MIFAREClassic扇區(qū)0的塊0是一個(gè)特殊的塊，該塊存儲了卡的制造商代碼，該代碼不允許用戶改寫。制造商代碼的第0-4字節(jié)為卡的序列號，第5字節(jié)為序列號的檢驗(yàn)碼，第6字節(jié)為卡的容量字節(jié)，第7和8字節(jié)為卡的類型號，其它字節(jié)由制造商自行定義。對于塊3，永遠(yuǎn)不能執(zhí)行DECREMENT、INCREMENT、TRANSFER、RESTORE這4個(gè)命令。當(dāng)KEYB作為密碼使用時(shí)，和KEYA一樣不能讀出的。當(dāng)今非接觸式與雙接口IC智能射頻卡主流技術(shù)為MIFARE技術(shù)。Philips推出的產(chǎn)品包含六個(gè)系列：MIFAREClassic，MIFAREProx，MIFAREUltralight，MIFARE雙接口，MIFAREDESFire8，MIFARE閱讀器芯片。非接觸式接口符合ISO/IEC14443TYPEA標(biāo)準(zhǔn)，接觸式接口符合ISO/IEC7816標(biāo)準(zhǔn)MIFAREProx系列芯片基于8位80C51內(nèi)核，通過定制參數(shù)的存儲器保護(hù)方式來保護(hù)芯片內(nèi)存儲器的安全性。MIFAREProx適合高端語言與操作系統(tǒng)，如JAVA。MIFAREProx通過ISO/IEC7816接觸式接口與ISO/IEC14443TYPEA非接觸式接口提供完整的接口功能，并與現(xiàn)有的MIFARE讀取設(shè)備完全兼容。1.MIFAREProx雙接口芯片的電路組成框圖

13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器13.56MHz射頻存儲器應(yīng)答器MIFARE技術(shù)PCD基站芯片與應(yīng)用比較常用的支持TYPEA的閱讀器芯片是MFRC500（PhilipsSemiconductors產(chǎn)品）。同時(shí)支持TYPEA和TYPEB的閱讀器芯片也獲得廣泛應(yīng)用。以MFRC500和SLF9000芯片為例。比較常用的支持TYPEA的閱讀器芯片是MFRC500（PhilipsSemiconductors產(chǎn)品）。同時(shí)支持TYPEA和TYPEB的閱讀器芯片也獲得廣泛應(yīng)用。以MFRC500和SLF9000芯片為例。MFRC500芯片是高度集成度的TYPEA閱讀器芯片?？蓮V泛用于非接觸式公用電話、儀器儀表、手持終端和門禁等應(yīng)用領(lǐng)域。載波頻率為13.56MHz。集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路；天線驅(qū)動(dòng)電路僅需很少的外圍元件，有效距離可達(dá)10cm；內(nèi)部集成有并行接口控制電路，可自動(dòng)檢測外部微控制器（MCU）的接口類型；具有內(nèi)部地址鎖存和IRQ線，可以很方便地與MCU接口；集成有64字節(jié)的收發(fā)FIFO緩存器；內(nèi)部寄存器、命令集、加密算法可支持TYPEA標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)功能。1.主要性能（P232圖8.16）并行接口及控制電路FIFO（先進(jìn)先出）緩存器密鑰存儲及加密算法（cypto1）狀態(tài)機(jī)與寄存器數(shù)據(jù)處理電路模擬電路（調(diào)制、解調(diào)及輸出驅(qū)動(dòng)電路）電源管理中斷控制等部分組成。2.電路組成MFRC500芯片的內(nèi)部寄存器按頁分配，并通過相應(yīng)尋址方法獲得地址。內(nèi)部寄存器共分8頁，每頁8個(gè)寄存器，每頁的第1個(gè)寄存器稱為頁寄存器，用于選擇該寄存器頁。微控制器通過對內(nèi)部寄存器的寫和讀，可以預(yù)置和讀出系統(tǒng)運(yùn)行狀況。3.芯片內(nèi)部寄存器配置

每個(gè)寄存器由8位組成，具有讀/寫(r/w)，只讀(r)，僅寫(w)和動(dòng)態(tài)(dy)4種特性。dy屬性位可由微控制器讀寫，也可以在執(zhí)行實(shí)際命令后自動(dòng)由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)改變位值；r的值僅能由內(nèi)部狀態(tài)決定；w的值可由MCU寫入但不能讀出；r/w位可由MCU讀寫，但內(nèi)部狀態(tài)機(jī)只能讀。4.芯片內(nèi)部寄存器功能EEPROM存儲器共有32塊，每塊16字節(jié)。存儲區(qū)分為4部分：第一部分為塊0，屬性為只讀，用于保存產(chǎn)品的有關(guān)信息；第二部分為塊1和塊2，它們具有讀/寫屬性，用于存放寄存器初始化啟動(dòng)文件；第三部分為塊3至塊7，用于存放寄存器初始化文件，屬性為讀寫；第四部分從塊8至塊31，屬性為只寫，用于存放加密運(yùn)算的密鑰。5.EEPROM存儲器5.EEPROM存儲器5.EEPROM存儲器

用于緩存微控制器MCU與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO的輸入/輸出數(shù)據(jù)線和FIFOData寄存器相連。6.FIFO緩存

用于緩存微控制器MCU與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO的輸入/輸出數(shù)據(jù)線和FIFOData寄存器相連。寫入FIFOData寄存器的字節(jié)也存入FIFO，并且內(nèi)部FIFO寫指針增量。6.FIFO緩存

用于緩存微控制器MCU與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO的輸入/輸出數(shù)據(jù)線和FIFOData寄存器相連。寫入FIFOData寄存器的字節(jié)也存入FIFO，并且內(nèi)部FIFO寫指針增量。從FIFOData寄存器讀，得到的是FIFO讀指針?biāo)窮IFO的內(nèi)容，讀后讀指針增量。6.FIFO緩存

用于緩存微控制器MCU與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO的輸入/輸出數(shù)據(jù)線和FIFOData寄存器相連。寫入FIFOData寄存器的字節(jié)也存入FIFO，并且內(nèi)部FIFO寫指針增量。從FIFOData寄存器讀，得到的是FIFO讀指針?biāo)窮IFO的內(nèi)容，讀后讀指針增量。讀、寫指針之間的距離可由FIFOLength寄存器獲得。6.FIFO緩存

用于緩存微控制器MCU與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流，F(xiàn)IFO的輸入/輸出數(shù)據(jù)線和FIFOData寄存器相連。寫入FIFOData寄存器的字節(jié)也存入FIFO，并且內(nèi)部FIFO寫指針增量。從FIFOData寄存器讀，得到的是FIFO讀指針?biāo)窮IFO的內(nèi)容，讀后讀指針增量。讀、寫指針之間的距離可由FIFOLength寄存器獲得。狀態(tài)由PrimaryStatus、FIFOLevel、ErrorFlag、Control、FIFOLength寄存器的相關(guān)位指示6.FIFO緩存中斷請求有六種：定時(shí)設(shè)置到、發(fā)送請求、接收請求、一個(gè)命令執(zhí)行完、FIFO滿、FIFO空。0頁寄存器InterruptEn的相應(yīng)位（讀/寫屬性）用于相應(yīng)中斷請求的使能設(shè)置。7.中斷請求MFRC500內(nèi)有定時(shí)器，可用于定時(shí)輸出計(jì)數(shù)、看門狗計(jì)數(shù)、停止檢測、定時(shí)觸發(fā)和可編程的短定時(shí)器等工作。8.定時(shí)器電感耦合方式RFID系統(tǒng)的作用距離和下列因素有關(guān)：①閱讀器天線的尺寸；②匹配電路的性能；③周圍環(huán)境的影響。閱讀器天線尺寸可以如下考慮：當(dāng)作用距離為10cm時(shí)，如果閱讀器采用的是圓形天線，那么天線的半徑應(yīng)為10cm，如果采用的是長方形或方形的天線，可以以圓形天線所圍面積為參考進(jìn)行修正。9.天線電路用于設(shè)計(jì)與ISO/IEC14443TYPEA、MIFARE類PICC進(jìn)行信息交互的閱讀器基站芯片。天線電路提供應(yīng)答器所需的耦合能量，不加外部放大器時(shí)的作用距離應(yīng)能達(dá)到10cm。

9.天線電路天線電路的模式有兩大類：直接匹配天線和50Ω匹配天線。當(dāng)閱讀器與天線之間的距離很短時(shí)采用此種模式，如手持式閱讀器、室內(nèi)閱讀器的情況。當(dāng)閱讀器與天線之間的距離較長時(shí)，常采用這種模式。天線要用同軸電纜或雙絞線與功率放大器輸出連接，需匹配電路。采用這種模式，閱讀器與天線之間的距離可達(dá)到10m。