XRA00射頻識(shí)別（RFID）芯片的原理及應(yīng)用

RFID（Radio Frequency IDentification）常被稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡等。一套完整的ＲＦＩＤ系統(tǒng)通常由Ｒｅａｄｅｒ（讀卡器）和Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ（應(yīng)答器）兩部分組成。正常工作時(shí)，由Ｒｅａｄｅｒ發(fā)射一特定頻率的無線電能量波給Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ，以驅(qū)動(dòng)Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ電路并將內(nèi)部的ＩＤ Ｃｏｄｅ送出，同時(shí)Ｒｅａｄ-ｅｒ接收此ＩＤ Ｃｏｄｅ。Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ的特殊之處在于無需電池、免接觸、免刷卡故不怕臟污，其晶片密碼為世界唯一，無法復(fù)制，安全性高，壽命長。文中以意法半導(dǎo)體（ＳＴ）公司推出的甚高頻ＲＦＩＤ存儲(chǔ)器芯片ＸＲＡ００為例來介紹射頻識(shí)別芯片的工作原理及應(yīng)用。

１　XRA00的主要特點(diǎn)

ＸＲＡ００是一個(gè)工作在甚高頻的用于射頻識(shí)別的應(yīng)答器或標(biāo)簽集成電路。該芯片具有以下特點(diǎn)：

●完全符合ＥＰＣｇｌｏｂａｌ １．０規(guī)范；

●采用８６８ＭＨｚ ＩＳＭ 頻帶和１５ＭＨｚ ＩＳＭ 頻帶甚高頻載波頻率；

●接收信號(hào)是異步脈寬調(diào)制(ＰＷＭ）脈沖編碼的５０％到１００％幅度鍵控（ＡＳＫ）調(diào)制信號(hào)，應(yīng)答為雙相空間編碼信號(hào)；

●內(nèi)含帶鎖存的１２８位ＥＥＰＲＯＭ和９６位ｅＰＣ；

●具有庫存、讀取、編程和擦除功能；

●提供刪除命令；

●采用標(biāo)準(zhǔn)３０ｍｓ編程時(shí)間；

●可循環(huán)擦寫１００００次以上；

●數(shù)據(jù)可保存４０年以上。

２　性能概述

ＸＲＡ００的邏輯框圖如圖１所示，其中ＡＣ０和ＡＣ１為天線連接點(diǎn)。和天線連接之后，ＸＲＡ００便可以從讀卡器輻射的射頻能量中獲得工作所需的電源。如果需要，用戶可通過ＸＲＡ００中的非易失性存儲(chǔ)器為標(biāo)簽編程，ＸＲＡ００只有在接收到讀卡器有效的正確命令之后才會(huì)對讀卡器做出應(yīng)答。

此外，ＡＲＸ００內(nèi)部還有一個(gè)針對ＲＦＩＤ應(yīng)用的噪聲應(yīng)用環(huán)境的快速防沖突協(xié)議，該協(xié)議完全符合自動(dòng)識(shí)別中心１類甚高頻規(guī)范。

３ 工作過程

當(dāng)ｅＰＣ信息寫入之后，對ＥＥＰＲＯＭ中的鎖存位進(jìn)行編程可保護(hù)芯片中的數(shù)據(jù)。此時(shí)ＸＲＡ００即進(jìn)入用戶模式。在用戶模式下，ＥＲＡＳＥＩＤ、 ＰＲＯＧＲＡＭ-ＭＥＩＤ和ＶＥＲＩＦＹＩＤ等命令通常未被激活，ＸＲＡ００只對防沖突命令做出響應(yīng)。此時(shí)，ＸＲＡ００芯片支持ＳＣＲＯＬＬＩＤ、ＳＣＲＯＬＬＡＬＬＩＤ、ＰＩＮＧＩＤ、ＱＵＩＥＴ、ＴＡＬＫ、ＫＩＬＬ、ＥＲＡＳＥＩＤ、 ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＩＤ和ＶＥＲＩＦＹＩＤ等命令，每個(gè)命令的含義如表１所列。

在進(jìn)行射頻識(shí)別時(shí)，讀卡器和ＸＲＡ００之間一般按照如下步驟進(jìn)行對話：首先，讀卡器輻射的甚高頻工作場使ＸＲＡ００獲得應(yīng)答所需的電源能量，并使其進(jìn)入激活狀態(tài)，準(zhǔn)備接收讀卡器的命令；然后，讀卡器發(fā)射包含命令的信號(hào)并等待ＸＲＡ００的應(yīng)答；最后由ＸＲＡ００根據(jù)接收到的命令發(fā)射應(yīng)答信號(hào)。這種工作方式被稱為ＲＴＦ（Ｒｅａｄｅｒ Ｔａｌｋ Ｆｉｒｓｔ）。

４　存儲(chǔ)器映射

ＸＲＡ００內(nèi)部的１２８位存儲(chǔ)器共分八個(gè)塊，每塊１６位。ＸＲＡ００的內(nèi)部存儲(chǔ)器映射如圖２所示。讀取時(shí)每一位可以單獨(dú)讀取，寫入則可按照每塊１６位的方式寫入。其中第一個(gè)存儲(chǔ)器塊用來存儲(chǔ)ｅＰＣ規(guī)范定義的ＣＲＣ（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼），接下來六個(gè)塊全都用來存儲(chǔ)庫存序列號(hào)中用到的９６位產(chǎn)品代碼，最后一塊由８位刪除代碼和８個(gè)鎖存位公用，其中８個(gè)鎖存位用于保護(hù)存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)。

５　典型應(yīng)用

ＲＦＩＤ可廣泛應(yīng)用于動(dòng)物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理等。

ＸＲＡ００功能齊全、成本低廉，特別適用于消費(fèi)品零售和行李搬運(yùn)領(lǐng)域的物品跟蹤。過去一直采用條形碼的方式監(jiān)控這些應(yīng)用，而ｅＰＣ標(biāo)簽則可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的非視線閱讀和唯一識(shí)別。

ＸＲＡ００為超長射程器件類芯片，從閱讀器到芯片的操作距離長達(dá)１０米。ＸＲＡ００的這種甚高頻技術(shù)十分適合美國市場的９０２－９２８ＭＨｚ頻帶和歐洲市場的８６６－８６８ＭＨｚ頻帶。此外，這款器件內(nèi)的非易失性存儲(chǔ)器還可以使用戶能夠在供應(yīng)鏈的應(yīng)用點(diǎn)來為標(biāo)簽進(jìn)行編程，同時(shí)允許給一個(gè)特殊的物品分配一個(gè)專用代碼，或者在標(biāo)簽通過系統(tǒng)時(shí)更改標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)，其典型編程時(shí)間為３０ｍｓ。

ＸＲＡ００全面支持ＥＰＣｇｌｏｂａｌ Ｃｌａｓｓ １ｂ防沖突協(xié)議，由于多個(gè)標(biāo)簽常處于同一個(gè)閱讀器射程范圍內(nèi)（如零售商業(yè)環(huán)境），因而在這種情況下就需要防沖突機(jī)制。ＸＲＡ００芯片提供的刪除命令（通常叫做“隱私”命令）可在工作期結(jié)束（如當(dāng)顧客離開商店時(shí)）時(shí)永久地禁用該器件。

成本低廉的ＲＦＩＤ ＩＣ特別適合大批量的電子條形碼應(yīng)用，ＸＲＡ００以其低廉的成本和強(qiáng)大的功能極有可能成為現(xiàn)在廣泛使用的條形碼的替代品。