無(wú)線射頻卡的原理與應(yīng)用

0 引言
IC卡在我們的日常生活中經(jīng)常見(jiàn)到，它的發(fā)展經(jīng)歷了接觸式存儲(chǔ)卡、加密卡，現(xiàn)正在向著非接觸卡、CPU卡的方向發(fā)展。無(wú)線IC卡使用非接觸方式，它利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)射頻卡和讀寫設(shè)備之間的通信，與條碼、磁卡等早期或同期識(shí)別技術(shù)相比，具有工作距離大、無(wú)接觸、信息處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，所以這種高技術(shù)產(chǎn)品除應(yīng)用在機(jī)密、金融產(chǎn)品中，還可以廣泛應(yīng)用在家用電器、身份證明控制、防盜報(bào)警、電子防偽標(biāo)簽、動(dòng)物耳標(biāo)分類等領(lǐng)域。本文以工作頻率為13．56MHz的BL75R06SM無(wú)線射頻識(shí)別芯片為例，介紹無(wú)線射頻卡的優(yōu)點(diǎn)、基本組成、工作原理和應(yīng)用。

1 無(wú)線射頻卡的優(yōu)點(diǎn)
無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)稱RFID(Radio Frequency Identification)，是非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和電磁的空間耦合、傳播的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)物體的自動(dòng)識(shí)別，是一種綜合多學(xué)科、多技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。無(wú)線IC卡，又稱方便卡、雷達(dá)卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、RF卡、魔術(shù)卡、射頻卡、聰明卡，它將無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)與IC卡技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，解決了無(wú)源(卡內(nèi)無(wú)電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)無(wú)線IC卡具有高可靠性。它與讀寫器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫器而產(chǎn)生的各種故障。例如，粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵或油污導(dǎo)致錯(cuò)讀卡或接觸不良等。
(2)因IC卡表面無(wú)裸露的芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問(wèn)題。
(3)操作方便。它在距讀寫器30~200mm的范圍內(nèi)晃動(dòng)小于10ms的時(shí)間，就可以與讀寫器雙向交易，因此，放把公交卡放在錢包里的仍可交易。
(4)交易速度快。它內(nèi)部有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，其讀寫時(shí)間小于10ms，經(jīng)認(rèn)證、交易的時(shí)間也小于100ms。
(5)加密性能好。其芯片內(nèi)設(shè)有64bit的資料數(shù)據(jù)，包含又一個(gè)9bit的標(biāo)題、40bit的資料數(shù)據(jù)內(nèi)容和14bit校驗(yàn)位以及一個(gè)停止位，它的序列號(hào)是唯一的，制造廠家的芯片出廠前已將此序列號(hào)固化，一經(jīng)固化不能再修改。IC卡和讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證IC卡的合法性，非法卡無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行交易，具有很強(qiáng)的安全性、保密性和使用性。

2 BL75R06的功能特點(diǎn)
BL75R06SM是一款8kbE2PROM的非接觸加密存儲(chǔ)IC卡芯片，由射頻通信接口、數(shù)字邏輯控制模塊(包括安全控制單元)和8kb的E2PROM存儲(chǔ)器三部分集成在一個(gè)Die上組成。圖1是BL75R06的內(nèi)部拓樸結(jié)構(gòu)。該芯片在應(yīng)用時(shí)直接連接在由線圈組成的天線，用來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸，讀寫距離為10cm。

射頻通信接口部分由與天線導(dǎo)入的射頻通信接口、整流、穩(wěn)壓、調(diào)制／解調(diào)器、上電復(fù)位和時(shí)鐘等部分組成；數(shù)字邏輯控制模塊由要求應(yīng)答、防沖突、應(yīng)用選擇、認(rèn)證和訪問(wèn)控制、控制和算術(shù)單元、RAM、ROM、密碼單元等部分組成；E2PROM存儲(chǔ)器部分由接口和8kb的E2PROM存儲(chǔ)器組成。
BL75R06的RF接口符合ISO／IECl4443TypeA要求，芯片無(wú)需電池，接收讀卡器發(fā)射的能量即能激活，無(wú)線回傳芯片內(nèi)的ID號(hào)碼和所需信息數(shù)據(jù)；操作距離可達(dá)10cm，當(dāng)然，其距離與天線的幾何形狀和效率有關(guān)；工作頻率為13．56MHz；數(shù)據(jù)傳輸率為106kbps；16位CRC校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)、位編碼、位計(jì)數(shù)等確保傳輸數(shù)據(jù)的完整性和可靠性；典型交易時(shí)間，包括備份管理時(shí)間小于100ms。E2PROM分成16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)分成4塊，每塊16字節(jié)；每個(gè)存儲(chǔ)塊的訪問(wèn)條件可由客戶自己定義；數(shù)據(jù)保持時(shí)間最少10年；擦寫次數(shù)最少10萬(wàn)個(gè)周期。
BL75R06支持IS014443TypeA射頻接口和支持PHILIPS標(biāo)準(zhǔn)讀卡器芯片。

3 IC卡的主要架構(gòu)與安全體系
IC卡主要采用類似印刷電路板腐蝕成型的銅簿環(huán)狀天線和綁定在其上的裸芯片(見(jiàn)圖2)構(gòu)成，外加卡的兩面彩塑封裝。

IC卡的天線形狀和匝數(shù)與工作頻率有關(guān)，既要有精確的計(jì)算，也需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，以及與芯片的匹配。在原始設(shè)計(jì)時(shí)需要用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)驗(yàn)證和調(diào)整天線的幾何圖形及網(wǎng)絡(luò)匹配。