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SHC1102無線電子標(biāo)簽技術(shù)

作者:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2005-05-18 10:18:28
摘要:SHC1102無線電子標(biāo)簽技術(shù)
 電子標(biāo)簽,又名智能標(biāo)簽,它是使用小型天線的非接觸式IC卡,其核心是采用了RFID射頻識別技術(shù)、存儲容量較小的芯片,具有智能讀寫及加密通信的能力。
  上海華虹集成電路有限責(zé)任公司繼成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的8k bit非接觸式IC卡芯片(成功應(yīng)用于上海公共交通卡項目),64k bit接觸式CPU卡(成功應(yīng)用于上海社會保障卡項目)等一系列智能卡產(chǎn)品后,又推出SHC1102無線電子標(biāo)簽產(chǎn)品。該產(chǎn)品出自對實用性,可靠性和經(jīng)濟性等方面的考慮,面向低成本運用,并具有易于回收的特點。其技術(shù)和測試標(biāo)準(zhǔn)都符合ISO14443 Type A國際標(biāo)準(zhǔn)。華虹SHC1102無線電子標(biāo)簽產(chǎn)品適用于軌道交通AFC收費系統(tǒng)中的IC卡單程票、供應(yīng)鏈管理、專業(yè)防偽、巡更、航空包裹管理、電子門鎖等經(jīng)濟型領(lǐng)域。

  1 電子標(biāo)簽的特性
  數(shù)據(jù)存儲:數(shù)據(jù)可隨時更新。
  讀寫速度:與條形碼相比,無須直線對準(zhǔn)掃描,讀寫速度更快,可多目標(biāo)識別和運動識別。
  使用方便:體積小,容易封裝,可以嵌入產(chǎn)品內(nèi)。
  安全:序列號惟一,采用認(rèn)證來防止數(shù)據(jù)的非法讀寫,難以偽造。
  耐用:避免了機械故障、壽命長(一般可達(dá)十年以上)、可抵抗惡劣環(huán)境。

  2 技術(shù)原理
  無線電子標(biāo)簽(SHC1102)由射頻電路、控制邏輯、EEPROM接口和小容量EEPROM組成。對 SHC1102 的操作可通過讀寫機具中承擔(dān)著數(shù)據(jù)編解碼、相互認(rèn)證、加解密等功能的專用集成電路 SHC1501 進(jìn)行。華虹SHC1101和SHC1102產(chǎn)品可以使用同一臺讀寫器進(jìn)行操作。

  2.1系統(tǒng)架構(gòu)
  SHC1102 的系統(tǒng)由讀寫器和無線電子標(biāo)簽兩部分組成。如圖1所示。

RFID世界網(wǎng)/A電子標(biāo)簽/技術(shù)文庫/SHC1102無線電子標(biāo)簽技術(shù)
  2.2功能模塊描述
  SHC1102是上海華虹集成電路有限公司的非接觸式IC卡芯片系列產(chǎn)品之一,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由射頻接口電路、電源電路、邏輯控制電路、EEPROM存貯單元電路四個部分組成,如圖2所示。

  射頻接口電路主要有四個功能:<1>SHC1102芯片內(nèi)部各部分電路工作時所需要的能量,通過電源產(chǎn)生電路完成;<2>從載波中提取電路正常工作時需要的時鐘,由時鐘恢復(fù)電路完成;<3>對進(jìn)出SHC1102芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào),由數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)電路完成;<4>上電復(fù)位,由復(fù)位電路完成。
數(shù)字部分由主控制模塊、通訊模塊和信息安全模塊等部分組成。各模塊在主控制模塊的控制下,對讀卡器的指令進(jìn)行響應(yīng)。
  EEPROM存貯單元電路用來存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù),它通過EEPROM接口電路與數(shù)字部分進(jìn)行通訊。為數(shù)字部分提供必要的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)讀寫指令執(zhí)行的結(jié)果。由于EEPROM存貯單元在寫操作時需要高壓,因此EEPROM存貯單元電路內(nèi)含高壓產(chǎn)生和控制電路。

  2.3 主要技術(shù)參數(shù)
  ●工作頻率:13.56 MHz
  ●通信速率:106 kps
  ●調(diào)制方式:ISO/IEC 14443 Type A
  ●工作溫度:-20℃至80℃
  ●存貯容量:512 bits
  ●無電池: 無線方式傳遞數(shù)據(jù)和能量
  ●讀寫距離:在距讀卡器天線0-100 mm區(qū)域內(nèi)能正確進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和完成各項操作
  ●采用半雙工通訊協(xié)議
  ●在無線通訊過程中通過以下機制來保證數(shù)據(jù)完整
  ---每幀有16位CRC檢驗
  ---每字節(jié)有奇偶校驗位
  ●數(shù)據(jù)安全性
  ---相互認(rèn)證
  ---每張卡的序列號惟一
  ---傳輸密鑰保護(hù)
  ●靈活的的存儲結(jié)構(gòu)
  ---512 位EEPROM (16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits )
  ---分為2個不同訪問條件的數(shù)據(jù)區(qū) ( DATA 1、DATA 2 )
  ---每個塊為最小訪問單位,由4個字節(jié)組成
  ---每個芯片可定義自己獨立的密鑰 (4 Bytes )
  ●數(shù)據(jù)保持時間大于10年
  ●擦寫次數(shù)大于10萬次

  2.4 交易流程
  當(dāng) SHC1102 芯片接收到讀寫器的指令后,經(jīng)過指令譯碼,通過控制邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并返回相應(yīng)的處理結(jié)果。
  當(dāng)華虹 SHC1102 位于讀寫器的有效工作范圍之外時,芯片處于無電狀態(tài),不能進(jìn)行任何操作;當(dāng)其進(jìn)入讀寫器的有效工作范圍,芯片上電復(fù)位,進(jìn)入等待狀態(tài),在此狀態(tài)下可正確接收和響應(yīng)讀寫器發(fā)送的詢卡/應(yīng)答指令,并進(jìn)行相互認(rèn)證和讀寫等操作。

  ●詢卡(Answer to Request)  

  讀寫器通過發(fā)出指令來確認(rèn)是否有華虹非接觸式IC卡產(chǎn)品(SHC1101、SHC1102)進(jìn)入其操作范圍,并通過應(yīng)答確認(rèn)產(chǎn)品的類型。并由產(chǎn)品類型確定相互之間的通訊協(xié)議和通訊速率。

  ●選卡(Select)

  選擇要進(jìn)入下一步操作的卡序列號(UID),卡應(yīng)在確認(rèn)被選中后返回卡的用戶碼(CID)。

  ●認(rèn)證( Authentication)

  SHC1102進(jìn)入讀寫器的有效工作范圍并正確響應(yīng)之后,讀寫器與SHC1102電子標(biāo)簽之間要進(jìn)行相互認(rèn)證。只有都通過了認(rèn)證,讀寫器才能開始對卡進(jìn)行權(quán)限操作(非權(quán)限讀操作無需認(rèn)證即可進(jìn)行)。

  ●讀寫(Read/Write)

  在完成必要的認(rèn)證后,讀寫器就可以開始對SHC1102進(jìn)行讀寫操作了。
  讀——讀一個塊,直接讀或經(jīng)認(rèn)證后讀。
  寫——寫一個塊,必須先通過認(rèn)證。

  ●停止(Halt)

  將 SHC1102設(shè)置為停止等待狀態(tài)。

  2.5存儲結(jié)構(gòu)及其讀寫權(quán)限

  SHC1102中的EEPROM存儲區(qū)容量為512 Bits,分成16個塊,每個塊由4個字節(jié)組成,每個字節(jié)有8位。塊是存儲區(qū)的最小訪問單位。
SHC1102芯片中EEPROM存儲區(qū)的結(jié)構(gòu)如表1所示。
存儲結(jié)構(gòu)及其讀寫權(quán)限

  ●制造商塊
  塊0、塊1是特殊的數(shù)據(jù)塊,用于存放制造商代碼(MID)、客戶代碼(CID)、唯一序列號(UID),稱制造商塊。制造商塊中的數(shù)據(jù)由芯片制造商在生產(chǎn)過程中寫入,數(shù)據(jù)只讀,不可改寫。
  ●密鑰塊
  塊8專用于存放認(rèn)證的密鑰,稱密鑰塊,此塊存放的數(shù)據(jù)須通過認(rèn)證后才可讀或可改寫。
  ●應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū) 1 ( DATA 1 )
  應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)1 : 塊2 ~ 塊7 (DATA 1)
  訪問控制條件: 讀 ―― 無條件; 寫 ―― 認(rèn)證 Key
  ●應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū) 2 ( DATA 2 )
  應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)2 : 塊9 ~ 塊15 (DATA 2)
  訪問控制條件: 讀 ―― 認(rèn)證 Key; 寫 ―― 認(rèn)證 Key

  3 綜述
  SHC1102電子標(biāo)簽作為數(shù)據(jù)載體,能起到標(biāo)識識別、物品跟蹤和信息采集的作用。其應(yīng)用主要是滿足了以下的幾個要求:
  ●對物品信息的跟蹤性和可追溯性的要求。
  ●對高準(zhǔn)確度與高安全性的要求。
  ●對唯一識別與無法偽造的要求。
  ●對處理大量物品的快捷性的需求。
  ●對物品實時監(jiān)控的需求。
  在1992~1999年間射頻識別產(chǎn)品在全世界銷售額的年平均增長率達(dá)25.3%。由此可見,射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。
  我國政府在1993年制定的金卡工程實施計劃及全國范圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的10年規(guī)劃,是旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進(jìn)程的重大國家級工程。由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。現(xiàn)在,射頻識別技術(shù)做為一種新興的自動識別技術(shù),也在中國迅速地普及。可以說,射頻識別產(chǎn)品的市場是十分巨大的。

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