無線射頻卡的原理與應用

0 引言
IC卡在我們的日常生活中經常見到，它的發展經歷了接觸式存儲卡、加密卡，現正在向著非接觸卡、CPU卡的方向發展。無線IC卡使用非接觸方式，它利用射頻技術實現射頻卡和讀寫設備之間的通信，與條碼、磁卡等早期或同期識別技術相比，具有工作距離大、無接觸、信息處理速度快等優點，所以這種高技術產品除應用在機密、金融產品中，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、動物耳標分類等領域。本文以工作頻率為13．56MHz的BL75R06SM無線射頻識別芯片為例，介紹無線射頻卡的優點、基本組成、工作原理和應用。

1 無線射頻卡的優點
無線射頻識別技術簡稱RFID(Radio Frequency Identification)，是非接觸的自動識別技術，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，實現對被識物體的自動識別，是一種綜合多學科、多技術的應用技術。無線IC卡，又稱方便卡、雷達卡、感應卡、非接觸卡、RF卡、魔術卡、射頻卡、聰明卡，它將無線射頻識別技術與IC卡技術有機結合起來，解決了無源(卡內無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。它具有以下優點：
(1)無線IC卡具有高可靠性。它與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫器而產生的各種故障。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卡表面無裸露的芯片，無須擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題。
(3)操作方便。它在距讀寫器30~200mm的范圍內晃動小于10ms的時間，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，其讀寫時間小于10ms，經認證、交易的時間也小于100ms。
(5)加密性能好。其芯片內設有64bit的資料數據，包含又一個9bit的標題、40bit的資料數據內容和14bit校驗位以及一個停止位，它的序列號是唯一的，制造廠家的芯片出廠前已將此序列號固化，一經固化不能再修改。IC卡和讀寫器之間采用雙向驗證機制，即讀寫器驗證IC卡的合法性，非法卡無法進入系統進行交易，具有很強的安全性、保密性和使用性。

2 BL75R06的功能特點
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Die上組成。圖1是BL75R06的內部拓樸結構。該芯片在應用時直接連接在由線圈組成的天線，用來進行無線傳輸，讀寫距離為10cm。

射頻通信接口部分由與天線導入的射頻通信接口、整流、穩壓、調制／解調器、上電復位和時鐘等部分組成；數字邏輯控制模塊由要求應答、防沖突、應用選擇、認證和訪問控制、控制和算術單元、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，芯片無需電池，接收讀卡器發射的能量即能激活，無線回傳芯片內的ID號碼和所需信息數據；操作距離可達10cm，當然，其距離與天線的幾何形狀和效率有關；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；典型交易時間，包括備份管理時間小于100ms。E2PROM分成16個扇區，每個扇區分成4塊，每塊16字節；每個存儲塊的訪問條件可由客戶自己定義；數據保持時間最少10年；擦寫次數最少10萬個周期。
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卡主要采用類似印刷電路板腐蝕成型的銅簿環狀天線和綁定在其上的裸芯片(見圖2)構成，外加卡的兩面彩塑封裝。

IC卡的天線形狀和匝數與工作頻率有關，既要有精確的計算，也需要豐富的實踐經驗積累，以及與芯片的匹配。在原始設計時需要用網絡分析儀來驗證和調整天線的幾何圖形及網絡匹配。