射頻識別技術漫談

1、1射頻識別技術漫談(1)——概念、分類現(xiàn)代社會智能卡已經(jīng)滲透到生活的方方面面，公交卡、考勤卡、身份證、手機卡等等數(shù)不勝數(shù)。智能卡按使用時是否和讀卡器接觸可分為接觸式智能卡和非接觸式智能卡，接觸式智能卡上有68個觸點，使用時插在卡座上，典型的如手機卡以及以前的公用電話卡。非接觸式智能卡沒有觸點，卡上也沒有電源，通過讀卡器產(chǎn)生的電磁場獲得能量并與讀寫器交換信息。由于非接觸式智能卡的無源和免接觸特性，卡的使用壽命和安全性大大提高，目前應用越來

2、越廣泛。根據(jù)安全等級，智能卡可分為存儲器卡、邏輯加密卡和CPU卡。存儲器卡就像一個無人看守且大門敞開的倉庫，什么人都可以隨便在卡中存取數(shù)據(jù)；邏輯加密卡則給倉庫加了一把鎖，只有有鑰匙（密碼）的人才能打開使用。CPU卡則如同安排了專人看守倉庫，卡里面有CPU芯片，存儲數(shù)據(jù)要驗證口令，且可能不同的應用有不同口令，存取數(shù)據(jù)受到更加嚴格的控制，安全性最高。非接觸式IC卡通過磁場從讀寫器獲得能量并交換數(shù)據(jù)。這里的磁場通常稱為射頻場（RadioFre

3、quencyField），所以這種卡片也通常稱為射頻卡，這種技術稱為射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術。不管叫什么名字，其實質(zhì)都是一樣的，都是無線電通訊本質(zhì)上與廣播、電視、手機通訊并無區(qū)別。無線電通訊中很少有直接發(fā)射有用信號的，通常使用調(diào)制解調(diào)技術，將有用信號調(diào)制在某一頻率的載波上，接收方收到調(diào)制信號后解調(diào)得到有用信號。非接觸式IC卡的常用載波頻率有125KHz、134.2KHz、13.5

4、6MHz、2.45GHz等，通常載波頻率越高，數(shù)據(jù)的傳送速率越高，技術上也較復雜。雖然都是免接觸，不同卡的有效操作距離是不一樣的。有些卡號稱免接觸，但讀卡距離非常短，只有02厘米，這種卡被稱為CICC卡（CloseCoupleICC），一般翻譯成密耦合卡；有些卡的操作距離遠一點，可以達到10厘米，這種卡被稱為PICC卡（ProximityICC），我們叫它接近卡；還有一種更遠的，至少可以達到半米或更遠，這種卡被稱為VICC卡（Vicin

5、ityICC），中文稱疏耦合卡。業(yè)內(nèi)還有一些不成文的習慣叫法。一般的卡片操作通常都是主從式，即讀卡器作為主動方發(fā)送命令，卡片收到命令后作出反應，這種卡片我們稱之為IC卡。有一類比較簡單的卡，卡內(nèi)只存儲了一個識別號，通常只要進入射頻場獲得能量后就不停的主動發(fā)送這個識別號，這類卡習慣稱ID卡。當然這些叫法只是習慣，事實上IC是集成電路的意思，以上卡片都應叫IC卡，不過習慣的力量往往是很大的，時間長了，大家也就接受這種稱呼了。本人隨后將就射頻

6、識別技術進行一系列的“漫談”。所謂“漫談”，非正規(guī)也。我寫的既不是技術文檔，更不是教材，只是本人十年來開發(fā)射頻識別卡的一些點滴體會，用不太嚴謹?shù)恼Z言表達出來而已。另外由于我對125KHz，134.2KHz和13.56MHz比較熟悉，相關的射頻卡都開發(fā)過，所以之后關于射頻識別技術的敘述都是基于這3種頻率。射頻識別技術漫談(2)——國際標準如果你只是智能卡的用戶，通?？梢圆槐仃P注國際標準，但作為智能卡的專業(yè)開發(fā)人員，則至少也要對相關標準有所

7、了解。國際標準一般都是西方人制定的，原版都是英文的，而所謂中文版往往是對原版的直譯，許多情況下并未準確說出實際的意思，所以如果想看這些標準，還是看原版好。以下僅簡單介紹比較重要的關于智能卡的國際標準。以后的敘述我可能很少提及這些標311785規(guī)定了動物識別的一些技術概念。七、ISO10373：規(guī)定了識別卡的測試方法。這么多標準看了讓人頭都大了，其實作為一個RFID的開發(fā)和應用者來說，并不是所有這些協(xié)議都需要看的。首先如果你不造卡，物理部

8、分就不用看了，廠家做出來什么樣就是什么樣；信號接口了解一下就行，因為每種卡片通常都有專用的接口芯片，除非從天線到CPU接口你自己全部用分立器件搭建，否則你應該花更多時間研究專用接口芯片的說明書；卡的通訊協(xié)議是我們最應該關注的，因為它需要開發(fā)人員在軟件中實現(xiàn)；而動物識別編碼的國際標準是做動物識別卡時用，它規(guī)定了卡片發(fā)送動物識別信息的編碼規(guī)則，屬于智能卡的應用范疇。射頻識別技術漫談(3)——能量、調(diào)制無源和免接觸是非接觸式IC卡相對于接觸式

9、IC卡的兩大特點。無源是指卡片上沒有電源，免接觸是指對卡片的讀寫操作不必和讀寫器接觸。非接觸式智能卡也是IC卡，而卡上的IC即集成電路工作時肯定是需要電源的，卡片自身沒有電源而又不和讀寫器接觸，那么電源從哪里來的呢？其實回答這個問題非常簡單，那就是電磁感應。讀寫器產(chǎn)生一個電磁場，卡片上的天線是一個LC振蕩電路，且這個振蕩電路的共振頻率和讀寫器電磁場的頻率一致。當卡片進入讀寫器的射頻場，卡上的振蕩電路起振，電路振蕩意味著有電子的流動，有電

10、子的流動就可以用二極管讓電子積累，電子的積累就會形成電壓，有了電壓智能卡就能工作了?？ㄆ@得能量的方式大體就是這樣，具體的實現(xiàn)方法，如果不打算自己做卡就沒必要深究，只要懂得原理就可以了。如果還不明白，想想變壓器吧，變壓器的原邊和副邊也是絕緣的，但能量卻可以從原邊傳遞到副邊，射頻卡獲得能量的方式就相當于變壓器的副邊。能量有了，那么讀寫器和卡片又是如何進行信息交流的呢？既然是免接觸，那就只有通過無線電傳輸了。無線電傳輸很少有直接發(fā)送信號的，

11、一般都是選定某一頻率的載波，也就是正弦波，發(fā)送方把有用信號調(diào)制在載波上，接收方解調(diào)收到的信號，把載波去掉得到有用信號。無論電視、廣播、手機通訊還是射頻卡，其基于無線電通訊的原理都是一樣的。載波(正弦波)有三要素，幅度、頻率和相位，相應的有用信號對載波的調(diào)制也有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)幅是改變載波的幅度記錄有用信號，調(diào)頻是改變載波的頻率記錄有用信號，調(diào)相是改變載波的相位記錄有用信號。調(diào)幅電路簡單，容易受干擾，調(diào)頻和調(diào)相結構復雜些，但抗干

12、擾能力強，一個簡單的例子是你的收音機FM(調(diào)頻)比AM(調(diào)幅)聲音好聽的多。另外，調(diào)幅和調(diào)頻要求載波頻率遠大于有用信號的最高頻率，通常要10倍以上，而調(diào)相則無此要求，載波頻率可以高于、等于（2BPSK）甚至低于（4BPSK，16BPSK）有用信號的頻率?；谏鲜鋈N調(diào)制的特點，射頻卡通訊距離最大不過幾米，平常用的接近卡(PICC)最大距離才10公分，在這么短的距離范圍內(nèi)形成一個相對較強的局部射頻場，幾乎可以不用考慮干擾。射頻卡上沒有電源

13、，尤其成本考慮，自然要求卡上電路越簡單越好。所以，調(diào)幅雖然易受干擾但電路結構簡單，成為射頻卡調(diào)制的首選。調(diào)幅有一個指標叫調(diào)制系數(shù)，也就是衡量有用信號對載波幅度的調(diào)制有多大。調(diào)制系數(shù)為0，相當于沒有調(diào)制，調(diào)制系數(shù)為1則相當于把載波的幅度調(diào)為0，一般調(diào)制系數(shù)都在0.10.9之間。顯然由于射頻卡需要從磁場中獲得能量，如果調(diào)制系數(shù)接近1，意味著磁場關閉了，時間短了還行，時間長了卡上的電源必然會消失，卡片的基本工作條件都沒有了，但調(diào)制系數(shù)大抗干擾