第5章(電子標(biāo)簽)

第5章RFID電子標(biāo)簽無芯片有芯片15.1

一位電子標(biāo)簽特點(diǎn)：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)。21．射頻法工作原理系統(tǒng)組成：讀寫器（檢測(cè)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(jìn)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(cè)器）發(fā)出某一頻率的交變磁場(chǎng)，當(dāng)交變磁場(chǎng)的頻率與電子標(biāo)簽的諧振頻率相同時(shí)，電子標(biāo)簽的振蕩電路產(chǎn)生諧振，同時(shí)振蕩電路中的電流對(duì)外部的交變磁場(chǎng)產(chǎn)生反作用，并導(dǎo)致交變磁場(chǎng)振幅減小。讀寫器（檢測(cè)器）如果檢測(cè)到交變磁場(chǎng)減小，就將報(bào)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。34EAS系統(tǒng)防盜檢測(cè)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(chǎng)出口通道或收銀通道處安裝檢測(cè)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(shí)，門道檢測(cè)器測(cè)出標(biāo)簽并發(fā)出警報(bào)，攔截商品出門。2．電子商品防盜系統(tǒng)簡(jiǎn)介現(xiàn)今電子商品防盜系統(tǒng)（ElectronicArticleSurveillance，EAS）在零售商業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。它是一種為零售商業(yè)減少開架售貨時(shí)商品失竊，從而增加銷售利潤(rùn)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。55.2采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽聲表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波；無芯片；始于20世紀(jì)80年代，近年來成為熱點(diǎn)；基礎(chǔ)技術(shù)：電子學(xué)、聲學(xué)、雷達(dá)、半導(dǎo)體平面技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)。61．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(hào)通過叉指發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)（聲表面波），在介質(zhì)中傳播一定距離后到達(dá)接收叉指換能器，又轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而得到對(duì)輸入電信號(hào)模擬處理的輸出電信號(hào)。72．聲表面波的特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)電子器件的超小型化。速度低，波長(zhǎng)短。（2）實(shí)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(jìn)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(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz～2.5GHz，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(qiáng)，具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路技術(shù)的補(bǔ)充。8SAW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(shí)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(huì)對(duì)聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號(hào)產(chǎn)生干擾。9104．聲表面波技術(shù)的發(fā)展方向提高工作頻率微型化、片式化、組合化降低插入損耗:寬帶化提升耐電力特性115.3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(hào)，被電子標(biāo)簽的天線接收，該信號(hào)通過模擬前端（射頻前端）電路，進(jìn)入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對(duì)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。125.3.1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(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)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。132．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(shí)，射頻前端有發(fā)送電路、接收電路和公共電路三部分發(fā)送電路的主要功能是對(duì)控制部分處理好的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)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、帶通濾波器和功率放大器構(gòu)成14

接收電路的主要功能是對(duì)天線接收到的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)數(shù)字基帶信號(hào)，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(shí)鐘恢復(fù)電路和復(fù)位電路等。151617接收電路組成：濾波電路：對(duì)射頻頻率進(jìn)行濾波，濾出不要頻率放大電路：對(duì)接收的微小信號(hào)放大下變頻混頻器：對(duì)射頻信號(hào)混頻，搬遷到中頻帶通濾波器：對(duì)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(hào)185.3.2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(chǔ)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(chǔ)功能的電子標(biāo)簽

具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽，控制部分主要由地址和安全邏輯、存儲(chǔ)器組成，這種電子標(biāo)簽的主要特點(diǎn)是利用狀態(tài)自動(dòng)機(jī)在芯片上實(shí)現(xiàn)尋址和安全邏輯。19

2．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(chǔ)器組成205.4具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽

本節(jié)討論具有存儲(chǔ)功能、但不含微處理器的電子標(biāo)簽，并只討論這類電子標(biāo)簽的控制電路部分215.4.1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(jī)對(duì)所有的過程和狀態(tài)進(jìn)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(shí)鐘電路、I/O寄存器、加密部件和狀態(tài)機(jī)構(gòu)成。

2．狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)可以理解為一種裝置，能采取某種操作來響應(yīng)一個(gè)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(gè)事件的相對(duì)發(fā)生順序。之所以能做到這一點(diǎn)，是因?yàn)檠b置能跟蹤一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)，會(huì)在收到事件后進(jìn)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。22

狀態(tài)機(jī)可歸納為4個(gè)要素：現(xiàn)態(tài)、條件、動(dòng)作和次態(tài)。這樣的歸納，主要是出于對(duì)狀態(tài)機(jī)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(gè)條件被滿足，將會(huì)觸發(fā)一個(gè)動(dòng)作，或執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。動(dòng)作是指條件滿足后執(zhí)行的動(dòng)作，動(dòng)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(dòng)作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動(dòng)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(duì)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。235.4.2存儲(chǔ)器

具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽種類很多，電子標(biāo)簽的檔次與存儲(chǔ)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(chǔ)的電子標(biāo)簽。其中，只讀電子標(biāo)簽檔次最低，具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽檔次較高。

24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）可寫入式電子標(biāo)簽（SRAM和FRAM）具有密碼功能的電子標(biāo)簽（分級(jí)密鑰及其應(yīng)用）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25分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽

當(dāng)電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的容量較大時(shí)，可以將電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器分為多個(gè)存儲(chǔ)段。每個(gè)存儲(chǔ)段單元具有獨(dú)立的功能，存儲(chǔ)著不同應(yīng)用的獨(dú)立數(shù)據(jù)。并且各個(gè)段單元有單獨(dú)的密鑰保護(hù)，以防止非法的訪問。265.4.3非接觸式IC卡芯片介紹

非接觸式IC卡又稱射頻IC卡，是世界上近些年廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)。它成功地將射頻識(shí)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(chǎng)管理、商業(yè)消費(fèi)、企業(yè)管理和學(xué)校管理等方面。1．IC卡與ID卡

IC卡全稱為集成電路卡（IntegratedCircuitCard），又稱智能卡（SmartCard）。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(shí)別卡（IdentificationCard），是一種不可寫入的感應(yīng)卡。ID卡含有固定的編號(hào)。

27磁條卡ID卡接觸式IC卡非接觸式IC卡285.4.4MIFARE技術(shù)

MIFARE技術(shù)的IC卡應(yīng)用領(lǐng)域占世界80％的市場(chǎng)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．MIFARE卡具有的優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)單、快捷。無需插拔。

（2）抗干擾能力強(qiáng)?？焖俜罌_突機(jī)制。

（3）可靠性高。（4）適合于一卡多用。容量大292．MIFARE卡的技術(shù)參數(shù)

Mifare卡的主要芯片有philipmifareoneS50、philipmifareoneS70等。技術(shù)參數(shù)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。3．MIFARE卡的安全性

MifareOne卡是加密存儲(chǔ)卡，盡管它能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的安全驗(yàn)證，但其性能遠(yuǎn)不如CPU卡。有效防范MifareOne卡算法破解的根本方法，就是升級(jí)現(xiàn)有的IC卡系統(tǒng)，并逐步將邏輯加密卡替換為CPU卡。303116個(gè)扇區(qū)結(jié)構(gòu)3233343536375.5含有微處理器的電子標(biāo)簽5.5.1微處理器

是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。

已經(jīng)無處不在，無論是智能洗衣機(jī)、移動(dòng)電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)產(chǎn)品，都要嵌入各類不同的微處理器。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(jìn)入射頻模塊，信號(hào)在射頻模塊中處理后