第8章 13.56 MHz RFID技术

物联网专业课程之射频识别相关课件。

《RFID技术与应用》

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8 13.56 MHz RFID技术 13.56 MHz射频存储器应答器按存储器的类型分： ROM、EEPROM两大类。 H4006(EM MICROELECTRONIC-MARIN SA公 司产品)片内带有ROM类存储器，是只读应答器； MCRF355/360芯片(Microchip公司产品)集成的 存储器是EEPROM,以接触式方式编程，在射频 工作时为只读方式。 这两个应答器都是在应答器进入阅读器工作距离 有效范围时即送出信息数据(TTF,Tag Talk First 方式)。

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8 13.56 MHz RFID技术 H4006芯片– 工作频率范围为10~15 MHz,通常选用13.56 MHz工作频率； – 片内有一个64位可编程存储器，可用于存储 相关信息； – 信息传输方式采用负载调制，编码为密勒码 (Miller),数据传输速率为26484 bps(亦 可为其他速率，但需预先选定); – 由于H4006芯片内含谐振回路的谐振电容和 滤波电路的滤波电容，因而使用更方便。

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8 13.56 MHz RFID技术 内部电路框图时钟提取 分频链 序列电路 密勒码 编码器

C1 L1 C1 C2

AC1 整流器 AC2

VDD

电源管理 C2 调 制 器

ROM

VSS

H4006芯片电路的原理框图

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8 13.56 MHz RFID技术 电感参数的设置– 集成于片内的谐振电容C1(约为94.5 pF) – L1电感值为1.4 μH – Q值选择在30~40

信息数据输出的序列结构序列结构组成 长度 起始位 1b 数据 64b CRC 16b 停止位 1b 空隙 9b

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8 13.56 MHz RFID技术 CRC校验– 16位CRC码的生成多项式为x16+x12+x5+1x5 x12 移位前反馈 15 14 13 12 11 MSB 异或 数据输入 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 LSB x16

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8 13.56 MHz RFID技术 MCRF355/360芯片——Microchip– 具有防碰撞能力； – 采用接触式编程，编程后为只读器件； – 数据传送采用曼彻斯特编码，数据时钟频率 为70 kHz; – 采用低功耗CMOS电路设计； – 封装为PDIP或SOIC方式。

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8 13.56 MHz RFID技术 工作原理射频前端 电 源 电源复位 调制器 VDD POR 调制 脉冲 控制逻辑 行列解码 时钟产生电路 调制逻辑 休眠定时 读写逻辑 测试逻辑 VPRG 和 CLK 地址 CLK 数据 唤醒信号 设置/清除 154 位 存储器 存储电路 驱 动

MCRF355/360芯片的内部结构8

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8 13.56 MHz RFID技术 编程– 擦除方式的工作编码为01 1101 0100 – 写入方式的工作编码为01 1101 0010 – 读出方式的工作编码为01 1101 0110

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8 13.56 MHz RFID技术 编程CLK 号 CLK VHH VPRG VLL VLH 0 1 2… 5 1 1 0 1 0 1 0 0 … 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

(a)擦除方式CLK 号 CLK VHH VPRG VLL VLH 高编程位为 0 位0 低编程位为 1 位 153 1 6 7 8 9 10 11

(b)写入方式CLK 号 CLK 1 2 5 6 7 8 9 10 11

VPRG

VLL

VLH 位0 位1 数据 位 153

(c)读出方式

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8 13.56 MHz RFID技术 防碰撞技术数据 应答器 1 休眠

数据

t

应答器 2

t

应答器 3

t

应答器 N

t

t1

t2

t3

tN 从应答器 N 读数据

t

从应答器 3 读数据 从应答器 2 读数据 从应答器 1 读数据

读多个MCRF355/360芯片的示意图11

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8 13.56 MHz RFID技术 MIFARE技术– 非接触式与双接口IC智能射频卡主流技术为 MIFARE技术 – Philips推出的产品包含六个系列：MIFARE Classic,MIFARE Prox,MIFARE Ultralight, MIFARE双接口，MIFARE DESFire8,MIF ARE阅读器芯片。 – 非接触式接口符合ISO/IEC14443 TYPE A标 准，接触式接口符合ISO/IEC 7816标准

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8 13.56 MHz RFID技术 MIFARE Classic– 分为1 K字节 EEPROM 的 MIFARE® Standa rd及4 K字节 EEPROM的MIFARE® Standard 4k – 以MIFARE1 IC S50系列芯片为核心 – 可靠性高、防碰撞能力强 – 一卡多用、安全性能好 – 卡与阅读器之间采用双向验证机制(采用三 次认证技术)13

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8 13.56 MHz RFID技术MIFARE1 IC S50 射频接口电路 波形转换 正弦=>方波 Clock Data 对请求的应答 防碰撞 调制/解调 选择应用 电压调节 复位 认证及存取控制 数字电路部分

控制及算 术运算

EEPROM

EEPROM

整 流

RAM ROM 数据加密

接 口

存 储 器

MIFARE1 IC S50芯片的电路组成框图14

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8 13.56 MHz RFID技术典型交互时间 命令 REQUEST 防碰撞循环 得到序列号 选择卡 HALT 认证 认证 2ms 选择卡过程 无碰撞 3ms 1 次碰撞+1ms

命令

READ

WRITE

DECREMENT

INCREMENT

RESTORE

HALT 存储器操作

TRANSFER

PCD和M1卡之间的交互过程15

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8 13.56 MHz RFID技术 M1卡存储区构成区编号 0 分组编号 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3

1

制造商代码 数据块 块3

2

15

0 1 2 3

扇区0的块0是 一个特殊的块， 该块存储了卡的 制造商代码 M1卡各扇区 块3中，存取控 制码有4个字节

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8 13.56 MHz RFID技术 MIFARE ProxLA Mifare 线圈 LB

RF接口 安全检测器

CIU ISO 14443

用户ROM EEPROM 测试ROM RAM

PORIO2 IO3

CRC 稳压电路 时钟输入 滤波器

中断系统

CPU 80C51

MMU

ISO 接触 式

Reset Generator

UART ISO 7816

编程IO 1,2,3

定时器 16位 16位 T0 T1

随机数 产生器

3重DES 协处理器

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8 13.56 MHz RFID技术 PCD基站芯片– ISO/IEC 14443标准制定了非接触式射频卡 (PICC)和阅读器(PCD)之间进行数据交 换的接口标准TYPE A和TYPE B – 比较常用的支持TYPE A的阅读器芯片是MF RC500(Philips Semiconductors产品)

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8 13.56 MHz RFID技术 MF RC500芯片– 载波频率为13.56 MHz; – 集成了编码调制和解调解码的收发电路； – 天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达 10 cm; – 内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微 控制器(MCU)的接口类型； – 具有内部地址锁存和IRQ线，可以很方便地与MCU 接口； – 集成有64字节的收发FIFO缓存器； – 内部寄存器、命令集、加密

算法可支持TYPE A标 准的各项功能19

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8 13.56 MHz RFID技术 电路组成(参见教科书图8.3.1)– – – – – – – – 并行接口及控制电路 FIFO(先进先出)缓存器 密钥存储及加密算法(cypto1) 状态机与寄存器 数据处理电路 模拟电路(调制、解调及输出驱动电路) 电源管理 中断控制等部分组成。20

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8 13.56 MHz RFID技术 芯片内部寄存器配置– 内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法 获得地址； – 内部寄存器共分8页，每页8个寄存器，每页 的第1个寄存器称为页寄存器，用于选择该 寄存器页； – 内部寄存器的配置情况如书中表8.3.2所示， 表中给出了页号、功能、寄存器地址(以16 进制数给出)及各个页的寄存器名称。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ambe.html