无线射频识别(RFID)芯片技术

RFID|0">RFID(Radio FreqtJency IdentifICation)技术被全球高科技领域誉为最有市场前景、最具改变人类生活方式和高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，都对RFID技术倾注了巨大的热情。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芯片制造业的领头产商。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)非接触式接口标准已被制定为国际标准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卡的电气部分只由一个天线和一块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：同一时间可处理多张卡；

　　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纠错；每字节有奇偶校验位；检查位数；用编码方式来区分"1"、"0"或无信息；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加密以防止信号截取；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。

　　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钟信号。

　　(4)将载波上的指令和数据解调出来供数字模块处理以及对待发送的数据进行调制。
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时，当读写器向卡发出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时，芯片的此模块启动，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：确认对卡片的选择。

　　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：配合Control&Arithmetic Unit，将运算结果进行暂时存储；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，让射频接口电路进行处理，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加密处理及密码保护。

　　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时，使用的副载波频率为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时，使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任意边缘表示二进制1，而经过下一个周期中不变的电平表示二进制