论文部分内容阅读
[摘 要]本文主要通过读写器介绍了RFID系统的基本组成、工作原理、与接触式IC卡相比所具有的优点、非接触式IC卡的关键技术和非接触式IC卡的发展趋势。
[关键词]RFID系统；IC卡；射频技术
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0350-01
非接触式IC卡主要通过封装在卡中的天线与读写器进行数据交互，实现无线通信，它是RFID技术和lC卡技术的结合。因此，非接触式IC卡又被称为射频卡，非接触式IC卡系统被称为射频识别系统，也叫RFID系统。
1 基本组成
最基本的RFID系统由电子标签、读写器和应用系统三大部分组成，如图1所示。
①电子标签（或称非接触式IC卡、射频卡、应答器等），是射频识别系统的数据载体，由天线，射频电路和数字电路组成（如图1），其中包含加密逻辑、串行EEPROM、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。
②读写器，或称阅读器，是负责读取或写入标签信息的设备，它能够自动以无接触的方式读取电子标签所存储的数据，是RFID系统信息控制和处理中心。
应用软件系统，主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。
2 工作原理
RFID系统工作时当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
电子标签即非接触式lC卡与读写器之间的数据传输是以无线电波的形式进行的。为了实现数据高速、远距离传输，必须将传输的数据信号叠加在一个变化规则信号较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波即载波。其中载波一般由读写器发出并进行调制，而实现数据的调制也有许多方法，如用数据信息改变载波的波幅即调幅、改变载波的频率即调频、改变载波的相位即调相等，RFID系统一般采用调幅方式。根据载波频率的不同，读写器和电子标签之间的射频信号的耦合方式分为两种：即电感耦合和电磁反向散射耦合，本文中采用的是13.56MHz的载波频率，属电感耦合方式。
3 非接触式IC卡概述
非接触式IC卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式IC卡相比具有如下特点：
①操作快捷
由于采用非接触无线通讯方式，使用时无需插拔卡及固定方向。操作时，卡可以放在钱包、衣服口袋或公文包中无需拿出，方便了使用。同时，由于卡与读卡器进行通讯时的载波频率较高，卡内芯片可以工作在较高的系统时钟下，使二者的通信速率很高，完成一次操作仅需0.1秒，这就大大提高了每次使用的速度。
②抗干扰性强
非接触式IC卡具有防冲突机制，在多张卡片同时进入读卡器天线区域时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作，相对接触式IC卡增加了“并行”处理能力。
③安全性高
非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改；非接触式卡与读写器之间采用双向互认验证机制，即读写器要验证IC卡的合法性，IC卡也要验证读写器的合法性；使用时非接触式IC卡于读卡器要进行三次相互认证，而且通讯过程中所有的数据都加密，此外卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。
4 非接触式IC卡的关键技术
非接触式IC卡的工作特点使其在设计和制造过程中存在一些技术难点，主要集中在芯片制造和卡片封装上，这些关键技术是：
（1）射频技术
非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，非接触式IC卡的射频技术有以下特殊要求：
①由于IC卡的尺寸限制，使大部分非接触式IC卡的内部不带电池，需要由读写设备通过无线方式供电，经过卡内的稳压电路产生芯片工作所需的直流电压。
②由于IC卡的尺寸限制，使得卡内天线需要特殊设计。由于允许多卡同时操作，要求卡内射频部分具有高抗干扰性，卡内设有“防冲突”电路以解决多张卡片互相干扰的问题。
（2）低功耗技术
对于卡内有电池和无电池的非接触式IC卡来说降低芯片功耗以提高卡片寿命和保证一定的工作距离都非常重要。卡内芯片一般采取低压低功耗CMOS工艺制造，并在电路设计中采用“休眠模式"等技术以降低功耗。
（3）封装技术
由于非接触式IC卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件，为确保卡片的大小、厚度、柔韧性，需要特殊的封装技术。
5 非接触式IC卡的发展趋势
随着非接触式IC卡的广泛应用，这种技术得到了迅速的发展，从目前看来，非接触式IC卡主要有以下几个发展趋势：
①高安全性
高安全性是IC卡最大的特点之一，但IC卡的发展使得用户对其安全性提出了更高的要求。这一方面体现在使用更加复杂的加密方式令破译更加困难，另一方面体现在提高卡內微处理器的速度及增加RAM的容量使得加密过程更加短暂。这要求未来的智能卡使用更强计算能力的处理器来支持，这不仅对于支持嵌入式固件特别重要，而且对于确保其应用程序在一个安全的环境中运行和装载也及其重要。
②更强的处理能力
IC卡在各个领域的广泛应用对其处理能力提出了更高的要求，提高处理能力的方法有两种，一是向更高的具有32位数据通路的MCU发展；二是借助于具有扩展寻址模式的先进指令组，它能提高翻译机和编译器的效率。
③大容量
社会对“一卡多用’’的迫切需求使得目前非接触式IC卡内8K～16K的存储容量远远不能满足要求。将来用户携带的一张IC卡内可以有多个分区，用作电子车票、身份证、电子钱包和护照等电子个人身份识别、工作证、电子医疗档案、保险证以及电话付费等许多领域，这必将促使卡内存储器的容量向更大的方向发展。
6 结束语
伴随磁条卡的逐步退出市场，随之取代的是低成本的RFID系统，非接触式IC卡的应用会越来越广泛。由于时间的关系，本文还有一些工作需要进一步的研究和完善，还需付出更多的努力.
参考文献
[1] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社.2008.
[2] 中华人民共和国科学技术部等十五部委.中国射频识别（RFID）技术政策白皮书.[R].北京：中华人民共和国科学技术部，2006.
[3] （德）KlausFinkenzellen射频识别（RFID）技术—无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用（第二版） [M].北京：电子工业出版社.2001.
[4] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术理论与应用[M].北京：电子工业出版社.2004.
[5] 陈志雄.射频识别技术RFID发展前景及应用分析[J].金卡工程.2004（12）：48-52.
[关键词]RFID系统；IC卡；射频技术
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0350-01
非接触式IC卡主要通过封装在卡中的天线与读写器进行数据交互，实现无线通信，它是RFID技术和lC卡技术的结合。因此，非接触式IC卡又被称为射频卡，非接触式IC卡系统被称为射频识别系统，也叫RFID系统。
1 基本组成
最基本的RFID系统由电子标签、读写器和应用系统三大部分组成，如图1所示。
①电子标签（或称非接触式IC卡、射频卡、应答器等），是射频识别系统的数据载体，由天线，射频电路和数字电路组成（如图1），其中包含加密逻辑、串行EEPROM、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。
②读写器，或称阅读器，是负责读取或写入标签信息的设备，它能够自动以无接触的方式读取电子标签所存储的数据，是RFID系统信息控制和处理中心。
应用软件系统，主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。
2 工作原理
RFID系统工作时当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
电子标签即非接触式lC卡与读写器之间的数据传输是以无线电波的形式进行的。为了实现数据高速、远距离传输，必须将传输的数据信号叠加在一个变化规则信号较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波即载波。其中载波一般由读写器发出并进行调制，而实现数据的调制也有许多方法，如用数据信息改变载波的波幅即调幅、改变载波的频率即调频、改变载波的相位即调相等，RFID系统一般采用调幅方式。根据载波频率的不同，读写器和电子标签之间的射频信号的耦合方式分为两种：即电感耦合和电磁反向散射耦合，本文中采用的是13.56MHz的载波频率，属电感耦合方式。
3 非接触式IC卡概述
非接触式IC卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式IC卡相比具有如下特点：
①操作快捷
由于采用非接触无线通讯方式，使用时无需插拔卡及固定方向。操作时，卡可以放在钱包、衣服口袋或公文包中无需拿出，方便了使用。同时，由于卡与读卡器进行通讯时的载波频率较高，卡内芯片可以工作在较高的系统时钟下，使二者的通信速率很高，完成一次操作仅需0.1秒，这就大大提高了每次使用的速度。
②抗干扰性强
非接触式IC卡具有防冲突机制，在多张卡片同时进入读卡器天线区域时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作，相对接触式IC卡增加了“并行”处理能力。
③安全性高
非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改；非接触式卡与读写器之间采用双向互认验证机制，即读写器要验证IC卡的合法性，IC卡也要验证读写器的合法性；使用时非接触式IC卡于读卡器要进行三次相互认证，而且通讯过程中所有的数据都加密，此外卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。
4 非接触式IC卡的关键技术
非接触式IC卡的工作特点使其在设计和制造过程中存在一些技术难点，主要集中在芯片制造和卡片封装上，这些关键技术是：
（1）射频技术
非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，非接触式IC卡的射频技术有以下特殊要求：
①由于IC卡的尺寸限制，使大部分非接触式IC卡的内部不带电池，需要由读写设备通过无线方式供电，经过卡内的稳压电路产生芯片工作所需的直流电压。
②由于IC卡的尺寸限制，使得卡内天线需要特殊设计。由于允许多卡同时操作，要求卡内射频部分具有高抗干扰性，卡内设有“防冲突”电路以解决多张卡片互相干扰的问题。
（2）低功耗技术
对于卡内有电池和无电池的非接触式IC卡来说降低芯片功耗以提高卡片寿命和保证一定的工作距离都非常重要。卡内芯片一般采取低压低功耗CMOS工艺制造，并在电路设计中采用“休眠模式"等技术以降低功耗。
（3）封装技术
由于非接触式IC卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件，为确保卡片的大小、厚度、柔韧性，需要特殊的封装技术。
5 非接触式IC卡的发展趋势
随着非接触式IC卡的广泛应用，这种技术得到了迅速的发展，从目前看来，非接触式IC卡主要有以下几个发展趋势：
①高安全性
高安全性是IC卡最大的特点之一，但IC卡的发展使得用户对其安全性提出了更高的要求。这一方面体现在使用更加复杂的加密方式令破译更加困难，另一方面体现在提高卡內微处理器的速度及增加RAM的容量使得加密过程更加短暂。这要求未来的智能卡使用更强计算能力的处理器来支持，这不仅对于支持嵌入式固件特别重要，而且对于确保其应用程序在一个安全的环境中运行和装载也及其重要。
②更强的处理能力
IC卡在各个领域的广泛应用对其处理能力提出了更高的要求，提高处理能力的方法有两种，一是向更高的具有32位数据通路的MCU发展；二是借助于具有扩展寻址模式的先进指令组，它能提高翻译机和编译器的效率。
③大容量
社会对“一卡多用’’的迫切需求使得目前非接触式IC卡内8K～16K的存储容量远远不能满足要求。将来用户携带的一张IC卡内可以有多个分区，用作电子车票、身份证、电子钱包和护照等电子个人身份识别、工作证、电子医疗档案、保险证以及电话付费等许多领域，这必将促使卡内存储器的容量向更大的方向发展。
6 结束语
伴随磁条卡的逐步退出市场，随之取代的是低成本的RFID系统，非接触式IC卡的应用会越来越广泛。由于时间的关系，本文还有一些工作需要进一步的研究和完善，还需付出更多的努力.
参考文献
[1] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社.2008.
[2] 中华人民共和国科学技术部等十五部委.中国射频识别（RFID）技术政策白皮书.[R].北京：中华人民共和国科学技术部，2006.
[3] （德）KlausFinkenzellen射频识别（RFID）技术—无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用（第二版） [M].北京：电子工业出版社.2001.
[4] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术理论与应用[M].北京：电子工业出版社.2004.
[5] 陈志雄.射频识别技术RFID发展前景及应用分析[J].金卡工程.2004（12）：48-52.