第5章(電子標(biāo)簽)

1、1第5章 RFID電子標(biāo)簽無芯片有芯片25.1 一位電子標(biāo)簽 特點： 數(shù)據(jù)量為1位； 電子標(biāo)簽只有1和0兩種狀態(tài)。分別是“在讀寫器工作區(qū)有電子標(biāo)簽”和“在讀寫器工作區(qū)沒有電子標(biāo)簽”； 不需要芯片。 工作方法： 射頻法、微波法、分頻法、智能型、電磁法和聲磁法。 應(yīng)用：20世紀(jì)60年代，商店防盜系統(tǒng)。3 1射頻法工作原理系統(tǒng)組成：讀寫器（檢測器）、電子標(biāo)簽和去激活器。工作原理： 電子標(biāo)簽采用L-C振蕩電路進行工作，振蕩電路將頻率調(diào)諧到某一振蕩頻率上。 射頻法工作系統(tǒng)由讀寫器（檢測器）發(fā)出某一頻率的交變磁場，當(dāng)交變磁場的頻率與電子標(biāo)簽的諧振頻率相同時，電子標(biāo)簽的振蕩電路產(chǎn)生諧振，同時振蕩電路中的電流

2、對外部的交變磁場產(chǎn)生反作用，并導(dǎo)致交變磁場振幅減小。讀寫器（檢測器）如果檢測到交變磁場減小，就將報警。 當(dāng)電子標(biāo)簽使用完畢后，用“去激活器”將電子標(biāo)簽銷毀。45EAS系統(tǒng)防盜檢測的步驟如下。（1）將防盜標(biāo)簽附著在商品上。（如軟標(biāo)簽和硬標(biāo)簽）（2）在商場出口通道或收銀通道處安裝檢測器。（3）付款后的商品經(jīng)過專用解碼器使標(biāo)簽解碼失效或開鎖取下標(biāo)簽。 （4）未付款商品（附著標(biāo)簽）經(jīng)過出口時，門道檢測器測出標(biāo)簽并發(fā)出警報，攔截商品出門。2 2電子商品防盜系統(tǒng)簡介電子商品防盜系統(tǒng)簡介現(xiàn)今電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）在零售商業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣

3、泛。它是一種為零售商業(yè)減少開架售貨時商品失竊，從而增加銷售利潤的電子防盜產(chǎn)品，是目前大型零售行業(yè)廣泛采用的商品安全措施之一。6 5.2采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是傳播于壓電晶體表面的機械波；無芯片；始于20世紀(jì)80年代，近年來成為熱點；基礎(chǔ)技術(shù)：電子學(xué)、聲學(xué)、雷達、半導(dǎo)體平面技術(shù)及信號處理技術(shù)。71聲表面波器件SAW，就是在壓電固體材料表面產(chǎn)生和傳播彈性波，該波振幅隨深入固體材料深度的增加而迅速減小。 典型的聲表面波器件結(jié)構(gòu)原理圖如圖5-3所示。電信號通過叉指發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成聲信號（聲表面波），在介質(zhì)中傳播一定距離

4、后到達接收叉指換能器，又轉(zhuǎn)換成電信號，從而得到對輸入電信號模擬處理的輸出電信號。82聲表面波的特點 （1）實現(xiàn)電子器件的超小型化。速度低，波長短。（2）實現(xiàn)電子器件的優(yōu)越性能。（3）易于工業(yè)化生產(chǎn)。單晶材料半導(dǎo)體平面工藝。（4）性能穩(wěn)定。 3聲表面波標(biāo)簽采用先進微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計靈活等優(yōu)點。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz2.5GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。SAW標(biāo)簽?zāi)壳暗墓ぷ黝l率主要為2.45GHz，這種標(biāo)簽無源，而且抗電磁干擾能力強，具有一定獨特的優(yōu)勢，是對集成電路技術(shù)的補充。

5、9SAW標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成。 由于聲表面波傳播速度低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過幾微秒的延遲時間后才回到讀寫器，在此延遲期間，來自讀寫器周圍的干擾反射已衰減，不會對聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號產(chǎn)生干擾。10114聲表面波技術(shù)的發(fā)展方向l 提高工作頻率l 微型化、片式化、組合化l 降低插入損耗:l 寬帶化l 提升耐電力特性125.3含有芯片的電子標(biāo)簽 含有芯片的電子標(biāo)簽是以集成電路芯片為基礎(chǔ)的電子數(shù)據(jù)載體，這也是目前使用最多的電子標(biāo)簽。含有芯片的電子標(biāo)簽基本由天線、模擬前端（射頻前端）和控制電路三部分組成。 從讀寫器發(fā)出的信號，被電子標(biāo)簽的天線接收，該信號通過模擬前端（射頻前端）電路，

6、進入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對數(shù)據(jù)流做各種邏輯處理。為了將處理后的數(shù)據(jù)流返回到讀寫器，射頻前端采用負(fù)載調(diào)制器或反向散射調(diào)制器等多種工作方式。135.3.1模擬前端1電感耦合工作方式的模擬前端 當(dāng)電子標(biāo)簽進入讀寫器產(chǎn)生的磁場區(qū)域后，電子標(biāo)簽通過與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，該交變電壓通過整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片提供所需的直流電壓。142電磁反向散射工作方式的射頻前端 當(dāng)電子標(biāo)簽采用電磁反向散射的工作方式時，射頻前端有發(fā)送電路、接收電路和公共電路三部分發(fā)送電路發(fā)送電路的主要功能是對控制部分處理好的數(shù)字基帶信號的主要功能是對控制部分處理好的數(shù)字基帶信號進行處理，然后通過電子標(biāo)簽的天

7、線將信息發(fā)送給讀寫器。進行處理，然后通過電子標(biāo)簽的天線將信息發(fā)送給讀寫器。發(fā)送電路主要由調(diào)制電路、上變頻混頻器、帶通濾波器和發(fā)送電路主要由調(diào)制電路、上變頻混頻器、帶通濾波器和功率放大器構(gòu)成功率放大器構(gòu)成15 接收電路的主要功能是對天線接收到的已調(diào)信號進行解調(diào)，恢復(fù)數(shù)字基帶信號，然后送到電子標(biāo)簽的控制部分。接收電路主要由濾波器、放大器、混頻器和電壓比較器構(gòu)成，用來完成包絡(luò)產(chǎn)生和檢波的功能。公共電路是射頻發(fā)送和射頻接收電路共同涉及的電路，包括電源產(chǎn)生電路、限制幅度電路、時鐘恢復(fù)電路和復(fù)位電路等。161718 接收電路組成： 濾波電路：對射頻頻率進行濾波，濾出不要頻率 放大電路：對接收的微小信號放大

8、 下變頻混頻器：對射頻信號混頻，搬遷到中頻 帶通濾波器：對中頻頻率濾波，濾出不要頻率 電壓比較器：回復(fù)原始基帶信號195.3.2控制部分的電路結(jié)構(gòu)控制部分的電路基本分為兩類，一類是具有存儲功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽；一類是含有微處理器的電子標(biāo)簽。1具有存儲功能的電子標(biāo)簽 具有存儲功能的電子標(biāo)簽，控制部分主要由地址和安全邏輯、存儲器組成，這種電子標(biāo)簽的主要特點是利用狀態(tài)自動機在芯片上實現(xiàn)尋址和安全邏輯。202含有微處理器的電子標(biāo)簽 含有微處理器的電子標(biāo)簽，控制部分主要由編解碼電路、微處理器和存儲器組成215.4具有存儲功能的電子標(biāo)簽 本節(jié)討論具有存儲功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽，并只討論這

9、類電子標(biāo)簽的控制電路部分225.4.1地址和安全邏輯 這種電子標(biāo)簽沒有微處理器，地址和安全邏輯是數(shù)據(jù)載體的心臟，通過狀態(tài)機對所有的過程和狀態(tài)進行有關(guān)的控制。1地址和安全邏輯電路的構(gòu)成 地址和安全邏輯電路主要由電源電路、時鐘電路、I/O寄存器、加密部件和狀態(tài)機構(gòu)成。 2狀態(tài)機狀態(tài)機可以理解為一種裝置，能采取某種操作來響應(yīng)一個外部事件。具體采取的操作不僅取決于接收到的事件，還取決于各個事件的相對發(fā)生順序。之所以能做到這一點，是因為裝置能跟蹤一個內(nèi)部狀態(tài)，會在收到事件后進行更新。這樣一來，任何邏輯都可以建模成一系列事件與狀態(tài)的組合。23 狀態(tài)機可歸納為4個要素：現(xiàn)態(tài)、條件、動作和次態(tài)。這樣的歸納，主

10、要是出于對狀態(tài)機的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?，F(xiàn)態(tài)是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。條件又稱為“事件”，當(dāng)一個條件被滿足，將會觸發(fā)一個動作，或執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。動作是指條件滿足后執(zhí)行的動作，動作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動作，直接遷移到新狀態(tài)。次態(tài)是指條件滿足后要遷往的新狀態(tài)?！按螒B(tài)”是相對于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。245.4.2存儲器 具有存儲功能的電子標(biāo)簽種類很多，電子標(biāo)簽的檔次與存儲器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這類電子標(biāo)簽分為只讀電子標(biāo)簽、可寫入式電子標(biāo)簽、具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲的電子標(biāo)簽。其中，只

11、讀電子標(biāo)簽檔次最低，具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲的電子標(biāo)簽檔次較高。 25l 只讀電子標(biāo)簽 （只讀標(biāo)簽ROM、一次性編程只讀標(biāo)簽PROM、可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽EEPROM）l 可寫入式電子標(biāo)簽（SRAM和FRAM）l 具有密碼功能的電子標(biāo)簽（分級密鑰及其應(yīng)用）l 公交卡，醫(yī)療卡，門禁卡，秘鑰A秘鑰A秘鑰B秘鑰B只讀可讀可寫26 分段存儲的電子標(biāo)簽 當(dāng)電子標(biāo)簽存儲的容量較大時，可以將電子標(biāo)簽的存儲器分為多個存儲段。每個存儲段單元具有獨立的功能，存儲著不同應(yīng)用的獨立數(shù)據(jù)。并且各個段單元有單獨的密鑰保護，以防止非法的訪問。275.4.3非接觸式IC卡芯片介紹非接觸式IC卡又稱射頻IC卡，是世界上近

12、些年廣泛使用的一項技術(shù)。它成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合，是電子科技領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的成果。非接觸式IC卡是智能化“一卡通”管理的全面解決方案，廣泛應(yīng)用于智能樓宇、智能小區(qū)、現(xiàn)代企業(yè)和學(xué)校等領(lǐng)域，可用于通道控制、物流管理、停車場管理、商業(yè)消費、企業(yè)管理和學(xué)校管理等方面。1IC卡與ID卡 IC卡全稱為集成電路卡（Integrated Circuit Card），又稱智能卡（Smart Card）。IC卡可讀寫，容量大，有加密功能，數(shù)據(jù)記錄可靠，使用很方便。 ID卡全稱為身份識別卡（Identification Card），是一種不可寫入的感應(yīng)卡。ID卡含有固定的編號。 28磁條卡磁條卡ID卡

13、卡接觸式接觸式IC卡卡非接觸式非接觸式IC卡卡295.4.4 MIFARE技術(shù) MIFARE技術(shù)的IC卡應(yīng)用領(lǐng)域占世界80的市場份額，是目前射頻IC卡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前世界上使用量最大、內(nèi)存容量最大的一種感應(yīng)式智能IC卡。1 1MIFARE卡具有的優(yōu)點卡具有的優(yōu)點 （1 1）操作簡單、快捷。無需）操作簡單、快捷。無需插拔。插拔。 （2 2）抗干擾能力強?？焖俜溃┛垢蓴_能力強?？焖俜罌_突機制。沖突機制。 （3 3）可靠性高。）可靠性高。（4 4）適合于一卡多用。容量大）適合于一卡多用。容量大302MIFARE卡的技術(shù)參數(shù) Mifare卡的主要芯片有philip mifare one S50、p

14、hilip mifare one S70等。技術(shù)參數(shù)包括 數(shù)據(jù)存儲方式、 數(shù)據(jù)的安全性、工作模式、 工作溫度、工作頻率、通信速率、讀寫距離等。3MIFARE卡的安全性 Mifare OneMifare One卡是加密存儲卡，盡管它能進行卡是加密存儲卡，盡管它能進行動態(tài)的安全驗證，但其性能遠不如動態(tài)的安全驗證，但其性能遠不如CPUCPU卡。有效防卡。有效防范范Mifare OneMifare One卡算法破解的根本方法，就是升級卡算法破解的根本方法，就是升級現(xiàn)有的現(xiàn)有的ICIC卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為CPUCPU卡卡。313216個扇區(qū)結(jié)構(gòu)33343536

15、37385.5含有微處理器的電子標(biāo)簽5.5.1微處理器是微型計算機的核心部件是微型計算機的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。鍵部件。 已經(jīng)無處不在已經(jīng)無處不在，無論是智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，無論是智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制、數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各，還是汽車引擎控制、數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各類不同的微處理器。類不同的微處理器。5.5.2操作系統(tǒng)命令的處理過程 讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送的命令，經(jīng)電子標(biāo)簽的天線進入讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送的命令，經(jīng)電子標(biāo)簽的天線進入射頻模塊，信號在射頻模塊中處理后，被傳送到操作系統(tǒng)射頻模塊，信號在射頻模塊中處理后，被傳送到操作系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)程序模塊是以代碼的形式寫入中。操作系統(tǒng)程序模塊是以代碼的形式寫入ROMROM的，并在的，并在芯片生產(chǎn)階段寫入芯片之中。操作系統(tǒng)的任務(wù)是對電子標(biāo)芯片生產(chǎn)階段寫入芯片之中。操作系統(tǒng)的任務(wù)是對電子標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)傳輸，完成命令序列的控制、文件管理及加密簽進行數(shù)據(jù)傳輸，完成命令序列的控制、文件管理及加密算法。算法。39405.6 電子標(biāo)簽的發(fā)展趨勢作用距離更遠無源可讀寫性能更加完善適合高速移動物識別快速多標(biāo)簽