無(wú)線(xiàn)射頻卡的原理與應用

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)歷了接觸式存儲卡、加密卡，現正在向著(zhù)非接觸卡、CPU卡的方向發(fā)展。無(wú)線(xiàn)IC卡使用非接觸方式，它利用射頻技術(shù)實(shí)現射頻卡和讀寫(xiě)設備之間的通信，與條碼、磁卡等早期或同期識別技術(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)品除應用在機密、金融產(chǎn)品中，還可以廣泛應用在家用電器、身份證明控制、防盜報警、電子防偽標簽、動(dòng)物耳標分類(lèi)等領(lǐng)域。本文以工作頻率為13．56MHz的BL75R06SM無(wú)線(xiàn)射頻識別芯片為例，介紹無(wú)線(xiàn)射頻卡的優(yōu)點(diǎn)、基本組成、工作原理和應用。

1 無(wú)線(xiàn)射頻卡的優(yōu)點(diǎn)
無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)RFID(Radio Frequency Identification)，是非接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和電磁的空間耦合、傳播的傳輸特性，實(shí)現對被識物體的自動(dòng)識別，是一種綜合多學(xué)科、多技術(shù)的應用技術(shù)。無(wú)線(xiàn)IC卡，又稱(chēng)方便卡、雷達卡、感應卡、非接觸卡、RF卡、魔術(shù)卡、射頻卡、聰明卡，它將無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)與IC卡技術(shù)有機結合起來(lái)，解決了無(wú)源(卡內無(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(xiàn)IC卡具有高可靠性。它與讀寫(xiě)器之間無(wú)機械接觸，避免了由于接觸讀寫(xiě)器而產(chǎn)生的各種故障。例如，粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵或油污導致錯讀卡或接觸不良等。
(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(xiě)器30~200mm的范圍內晃動(dòng)小于10ms的時(shí)間，就可以與讀寫(xiě)器雙向交易，因此，放把公交卡放在錢(qián)包里的仍可交易。
(4)交易速度快。它內部有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現數據干擾，其讀寫(xiě)時(shí)間小于10ms，經(jīng)認證、交易的時(shí)間也小于100ms。
(5)加密性能好。其芯片內設有64bit的資料數據，包含又一個(gè)9bit的標題、40bit的資料數據內容和14bit校驗位以及一個(gè)停止位，它的序列號是唯一的，制造廠(chǎng)家的芯片出廠(chǎng)前已將此序列號固化，一經(jīng)固化不能再修改。IC卡和讀寫(xiě)器之間采用雙向驗證機制，即讀寫(xiě)器驗證IC卡的合法性，非法卡無(wú)法進(jìn)入系統進(jìn)行交易，具有很強的安全性、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IC卡芯片，由射頻通信接口、數字邏輯控制模塊(包括安全控制單元)和8kb的E2PROM存儲器三部分集成在一個(gè)Die上組成。圖1是BL75R06的內部拓樸結構。該芯片在應用時(shí)直接連接在由線(xiàn)圈組成的天線(xiàn)，用來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，讀寫(xiě)距離為10cm。

射頻通信接口部分由與天線(xiàn)導入的射頻通信接口、整流、穩壓、調制／解調器、上電復位和時(shí)鐘等部分組成；數字邏輯控制模塊由要求應答、防沖突、應用選擇、認證和訪(fǎng)問(wèn)控制、控制和算術(shù)單元、RAM、ROM、密碼單元等部分組成；E2PROM存儲器部分由接口和8kb的E2PROM存儲器組成。
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(xiàn)回傳芯片內的ID號碼和所需信息數據；操作距離可達10cm，當然，其距離與天線(xiàn)的幾何形狀和效率有關(guān)；工作頻率為13．56MHz；數據傳輸率為106kbps；16位CRC校驗、奇偶校驗、位編碼、位計數等確保傳輸數據的完整性和可靠性；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，每個(gè)扇區分成4塊，每塊16字節；每個(gè)存儲塊的訪(fǎng)問(wèn)條件可由客戶(hù)自己定義；數據保持時(shí)間最少10年；擦寫(xiě)次數最少10萬(wàn)個(gè)周期。
BL75R06支持IS014443TypeA射頻接口和支持PHILIPS標準讀卡器芯片。

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

IC卡的天線(xiàn)形狀和匝數與工作頻率有關(guān)，既要有精確的計算，也需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗積累，以及與芯片的匹配。在原始設計時(shí)需要用網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)驗證和調整天線(xiàn)的幾何圖形及網(wǎng)絡(luò )匹配。