菜鸟福利：射频识别(RFID)技术的原理与应用详解

发布时间：2016-05-24 阅读量：1270 来源: 我爱方案网作者:

【导读】在生活中，我们经常刷卡，比如上公交刷公交卡、上地铁刷地铁卡、出门在外住酒店时，也有一张小小的房卡用于刷卡开门。那么这个刷卡的原理到底是怎样的呢？这就要提到射频识别(RFID)技术了。

一、什么是射频识别技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，是一种利用射频通信技术实现的非接触式自动识别技术。相对于传统的条形码、磁卡等接触式识别技术，射频识别技术可实现非可视、多目标识别，具有防水、防磁、寿命长、容量大、无机械损耗、信息可加密、内容可更改等优点。如今RFID 技术已经广泛应用于人们的日常生活，最常见的如公共交通、门禁管理、二代身份证、公共食品药品卫生管理等。如图1所示都是我们平常经常看到的一些非接触式卡，这些都是RFID技术的运用。

图1：生活中常见的非接触式卡

二、RFID读写卡原理

RFID读写卡工作频率范围为10~15MHz，通常工作选用的频率为13.56MHz。读写器和电子标签的工作次序通常有两种时序：一种是读写器先发言(RTF,Reader Talk First)：另一种是标签先发言(TTF，Tag Talk First)。RTF方式：电子标签只有接收到读写器特殊命令才发送数据。TTF方式：电子标签进入读写器的能量场主动发送自身系列号。TTF方式的射频标签具有识别速度快等特点，适用于需要高速应用的场合。另外，TTF方式在噪声环境中更稳健，在处理标签数量动态变化的场合也更为实用，因此，更适于工业环境的跟踪和追踪应用。

RFID天线系统包括读写器天线和标签天线，即一个读写卡系统包含两个部分：非接触式射频卡(PICC)和阅读器(PCD)，其中PICC也叫射频存储应答器。他们之间交换数据是通过ISO/IEC 14443 TYPE A和TYPE B接口来进行的。下面分别简述二者的工作原理。

三、非接触式射频卡工作原理

非接触式射频卡由时钟提取、分频链、序列电路、密勒码产生器、整流器、调制器、电源管理、存储器几个部分组成，如图2所示。

图2：非接触式射频卡内部电路框图

电子标签与读写器采用电感耦合方式进行能量传递与通信。读写器的天线线圈产生高频强电磁场，磁场穿过线圈的横截面和线圈周围空间，使得靠近读写器天线线圈的标签天线在交变磁场中产生感应电压。整流电路将耦合的射频(13.56MHz)信号进行整流并经滤波电容C2平滑后，电源管理电路将在电源电压达到内部电路工作电压时激活卡内电路， 13.56MHz信号被分频链电路分频，可产生通讯所需的时钟，此时钟即是数据传送的波特率。如果希望将分频系数定为 128、256、1024、2048、4096或8192，则需预先选定。存储在ROM中的信息(64位)经读出后，可通过Miller码产生器产生Miller码，同时可用该Miller码进行负载调制，并将存储信息送出。

三、读卡器工作原理

读卡器由发送和接收两个部分组成，下面分别简述这两个部分的工作原理。

发送：射频RF信号从PCD基站芯片的引脚TX1和TX2输出，可以直接驱动天线线圈。调制信号及TX1,TX2输出的射频信号类型(已调或无调制载波)相位关系均可由PCD基站芯片相应的寄存器控制。

接收：通过天线接收来自非接触式卡的调制载波信号，载波解调采用正交解调电路，正交解调所需的I和Q时钟(两者相差为90°)可在PCD基站芯片内产生。解调后由所得副载波调制信号经过放大，滤波等相关电路，判决电路进行副载波解调，其中放大电路的增益可由PCD基站芯片的相应寄存器的设置来控制。

四、读卡器与非接触式卡之间的交互过程

PCD发送REQUEST命令给所有在天线场范围内的非接触式卡，通过防碰撞循环，得到一个卡的序列号，选择此卡进行鉴别认证，通过后对存储卡进行操作，如图3所示。

图3：PCD和PICC之间交互过程

PCD用随机数、卡的序列号和密钥进行加密，采用三次认证过程，如图4所示。

图4：PCD和PICC认证过程

A. B发送随机数RB.;

B. A发送TokenAB到B;

C. B接收到报文TokenAB后，对加密部分进行解密，并验证标识符B和随机数RB的正确性，验证在A发送到B的RB与包含在TokenAB中的随机数是否一致;

D. B发送TokenBA到A;

E. A接收到报文TokenBA后，对加密部分进行解密，并检查随机数的一致性。

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