RFID学习笔记

技术简介：

    射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification），又称为电子标签、无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可用于识别高速运动物体并可同时识别多个标签，过程中无需人工干预，操作快捷方便。可工作于各种环境，实现对各类物体或设备（人员、物品）在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。

    RFID系统主要由应答器、阅读器和高层应用组成，其中的应答器包括集成电路芯片。阅读器用于产生射频载波与应答器进行信息交互。高层应用包括信息的管理和决策。

    应答器的基本包括天线、编/解码器、电源、解调器、存储器，控制器以及负载电路组成。从应答器传送信息时，状态数据从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送。

    应答器可以分为只读应答器、读/写应答器和具有识别功能的应答器。应答器天线部分主要用于数据通信和获取射频能量，给应答器的其他电路提供能量。根据应答器能源获取方式不同可以分为：无源（被动式）应答器、半无源（半被动式）应答器和有源（主动式）应答器。

    有源应答器，这种应答器工作所需的能量完全来自于自身的电源模块，它会主动地与阅读器信息传输。由于主动通信过程需要比较大的能量供应，所以有源应答器的体积往往比较大，重量较重。

    控制器是应答器系统的核心部分，对于可读可写应答器，需要内部逻辑控制对读写的使能和对读写操作的支持，对于有密码的应答器，要求控制器能进行数字验证操作。RFID的应答器的存储容量一般在几字节到几千字节之间，存储器存储的数据量一般为产品的序列号，如EPC编码。

    RFID阅读器（读写器）通过天线实现对应答器识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元、振荡电路以及阅读器天线几部分。在实际应用中，有4种波段的频率，有低频（125k~ 134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频（860-960MHz）和微波（2.45GHz）。RFID阅读器是以一定的频率、特定的通信协议完成对应答器中信息的读取。

    近场通信(NFC)技术是RFID的专用子集。

    阅读器和应答器之间执行短距离无线通信的RFID系统通常利用电磁耦合、电磁感应、无线电波等形式，应用较为典型的是电感耦合，阅读器和应答器天线部分的电感线圈通过电磁场进行信息传输。RFID射频前端是实现数据和能量的交换传输的关键部分，RFID技术通过电感耦合方式进行通信，电感耦合方式的理论基础是LC谐振回路和电感线圈产生的交变磁场，也是RFID天线的基本原型。

    电感耦合分为两种方式：一种是串联谐振回路的耦合，另一种是并联谐振回路的耦合。可把两个或更多个串、并联谐振回路连接起来，构成带通滤波器。谐振放大器中，LC并联谐振回路使用最为广泛。

行业相关：

RFID芯片主要供应商：恩智浦半导体(NXP)、德州仪器(TI)和EMMicroelectronic。

MIFARE是恩智浦一系列免接触式IC产品中的著名品牌，具有典型的高达10厘米(4英寸)读/写距离，在全球有40多种不同应用。MIFARE产品完全符合ISO/IEC 14443标准，已售出2亿6千万个读卡器和100亿个卡组件，经验证比市场上任何其他接口技术都更加成熟可靠。

系列特色：

完全符合ISO/IEC 14443国际标准；

最高可满足NFC Forum 4类标签标准；

支持4字节和7字节UID和随机ID；

不同级别的加密、身份验证和通信速度可供选择；

最高可满足EAL5+通用标准；

提供来源和近场校验；

标准接口确保目前的基础设施可轻松升级以符合未来智能卡芯片要求，为价值链的各个层次提供一致的产品与多重资源选择；

操作简单、快捷，完成一次读写操作仅需0.1秒；

抗干扰能力强，有快速防冲突机制，在多卡同时进入读写范围内时，能有效防止卡片之间出现数据干扰，读写设备可一一对卡进行处理，提高了应用的并行性及系统工作的速度。

    MIFARE 卡的存贮结构及特点（大容量--16分区、1024字节），能应用于不同的场合或系统。（Mifare技术已经被破解，卡片可以被复制，由于价格低廉，所以还在广泛使用）

    RC530是NXP 公司出品的应用与13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员，该芯片完全集成了在 13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。

    MFRC530支持ISO14443A所有的层。RC530的外围电路入图所示。该电路由接收电路和单片机接口电路两部分组成。由于RC530内部接收部分使用一个受益于副载波双边带的概念装入卡响应的调整。推荐使用内部产生的VMID电势作为RX脚的输入电势。为了提供一个稳定的参考电压，必须在VIMD脚接一个对地的电容C9,RX和VMID必须连接一个分压IC卡将回复自己UID，如果没有碰撞阅读器将收到完整的电路由R9,R10构成，而且天线与分压器间还需要用一个电容C10串接。由于IC卡工作在13.56Mhz下。石英晶体在产生用于驱动RC530和天线的13.56Mhz时钟时，还会产生更高频率的谐波。因此必须加上由L1,L2,C11,C13组成的低通滤波电路。

    MFRC522是NXP 公司针对三表最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片，它是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。 MF RC522支持ISO14443A所有的层，传输速度最高达424kbps，具有三种主机接口方式：SPI模式、 UART模式、 I2C模式。MFRC523是一个高度集成的低功耗非接触读写芯片，集成了13.56MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议。

通讯主要分为4步：

第一步、寻卡，写通讯命令26H 或52H到FIFODATA，写命令1EH到COMMAND，成功后得到卡类型。

第二步、选择，写通讯命令93H到FIFODATA，写命令1EH到COMMAND，成功后得到卡号。 

第三步、认证，通过LOADKEY写KEY到KEY缓存，写参数命令60H（认证A密码）或61H（认证B密码）+块地址+卡号到FIFODATA，写命令0CH到COMMAND，成功后再写命令14H到COMMAND，此操作卡不返回数据，通过读取标记判断是否成功。

第四步、直接对卡进行读写增减值操作，也就是通过在FIFODATA上写入命令参数及数据，通过写命令1EH到COMMAND实现。

智能标签IC：

    EPCglobal标准的UCODE无源UHF转发器IC非常适合需要高速操作的供应链和物流应用，具有高度防冲突、面向远距离读取的高敏感度以及适合全球应用的更宽的频率范围。UCODE IC系列提供不同的存储容量和其他特殊功能，用户可以面向特定应用选择性价比最高的容量和功能。

    UHF EPCglobal第2代标准可将UHF RFID技术的大规模部署投入商用，并用于无源智能挂牌和标签。主要的应用领域包括全球供应链管理和物流，尤其考虑到欧洲、美国和中国的频率标准，确保可实现数米远的工作距离。

    G2X是专为无源智能挂牌与标签而设计的芯片，支持EPCglobal第1类第2代UHF RFID标准。它尤为适合需要在数米远进行操作以及高防干扰速率的应用。

    G2X属于恩智浦UCODE产品系列下的一款产品。所有UCODE产品系列均提供防干扰和干扰仲裁功能。这可让读卡器在其天线范围内同步操作多个标签/挂牌。UCODE G2X标签/挂牌无需外部电源。（芯片如：SL3ICS1002）。

    HITAG®是低频(LF) RFID，低频技术是严苛环境应用的首选技术，它可提供所需的高可靠性、稳定性和安全数据传输。

    NTAG®产品为NFC解决方案，包括广泛的供电选择：无源供电，半无源供电和互联IC供电等，在接近操作范围及每个安全级别和互动性方面具有卓越的性能。所以，无论是现在还是将来，客户都能找到适合他们应用的最佳解决方案。NTAG IC完全符合NFC Forum和ISO/IEC标准，可实现与NFC基础设施的最大互操作性。

搜索到的国内RFID相关企业：

1、深圳远望谷 

2、上海复旦微电子 

3、深圳先施科技 

4、北京航天金卡 

5、北京同方智能卡 

6、上海贝岭 

7、北京亚仕同方 

8、江苏瑞福智能 

9、上海坤锐电子 

10、凯泰科技

    对于 LF 和 HF 频段，系统工作在天线的近场，标签所需的能量通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射场获得，工作方式为电感耦合。型号为HRRFD-NF09的近场天线。

    对于超高频和微波频段，读写器天线为标签提供能量或唤醒有源标签，工作距离较远，一般位于读写器天线的远场。如图是型号为CS—771的圆极化天线。

应用相关：

    网上有开发人员实验验证，可支持手动认证操作的数据收发，认证操作就是一系列的数据收发，普通数据能收发，认证数据也可以。

    支持手动实现校验位操作，MifareClassic系列（就是使用Crypto-1密码系统）在认证中必须需要读卡器支持校验位控制。因为在MifareClassic系列的认证过程中，第二步和第三步读卡器、卡片之间传送的数据是加密的，但是校验位是对应明文的校验。如果处于自动校验状态，那么校验位肯定就是所收发的数据（密文）的校验而不是明文的校验。所以不支持控制校验就不支持手动认证。

主要性能参数：

技术难点：

    RFID 应答器天线作为RFID系统的重要组成部分，它的性能将极大的影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID 天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益等。

    一般常用的RFID天线常采用弯折线型偶极子形式，便于缩减天线尺寸及天线加工。该类型天线方向图为垂直于天线面，因此使用时贴附于目标物体垂直外表面；当物体的长度随之变化时，要求天线也随之变化，其增益也随之改变，因此需要设计出一款能够根据长度而改变的天线，另外，其各项天线性能也需要满足要求。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。

    发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

    RFID 系统中的术语“零讯号(null)”指的是尽管接收通信所需的电力的距离足够 ( 即，在可通信范围内 ) 仍不能执行通信的现象，并且存在可能导致这种零讯号发生的各种因素。反相就是一种这样的因素。由反相导致的零讯号将被称作反相零讯号。

    超高频 RFID 技术对一次性写入的数据量是有限制的，因此对于大数据的写入需要实现续写功能，也就是说每次数据写入都要从上一次写入数据的结束位置开始写本次需要存储的数据信息。数据安全是数据管理的重要组成部分，因此对业务数据的保护也是超高频 RFID 电子标签应用的重要部分。

    在射频读写器的应用中遇到的一个问题就是阅读器冲突，这是一个阅读器接收到的信息和另外一个阅读器接收到的信息发生冲突，产生重叠。解决这个问题的一种方法是使用TDMA技术，保证阅读器不会互相干扰。

 

专利相关：

    截止日前的相关已授权发明专利5952项，TOP5：NXP（95），国家电网（85），中兴（80），艾利丹尼森公司（76），富士通（70）。

思维发散——场检测和场激发：

金属探测仪：通常由两部分组成，即检测线圈与自动剔除装置，其中检测线圈为核心部分。线圈通电后会产生磁场，有金属进入磁场，就是引起磁场变化，由此判断有金属杂质。某些产品本身含水、盐等到点成分，也会对磁场产生类似金属的干扰。这种现象，称为产品效应。可以通过产品效应补偿功能解决此类问题。

    探测器产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场在空间产生涡旋电场。而涡旋电场如果遇到金属的话，会形成涡电流，可以被检测到。涡电流产生后反作用于磁场使线圈的电压和阻抗发生变化。

    发射线圈的电流会产生一个电磁场，就如同电动机也会产生电磁场一样。磁场的极性垂直于线圈所在平面。每当电流改变方向，磁场的极性都会随之改变。这意味着，如果线圈平行于地面，那么磁场的方向会不断地交替变化，一会儿垂直于地面向下，一会儿又垂直于地面向上。 

    随着磁场方向在地下反复变化，它会与所遇的任何导体目标物发生作用，导致目标物自身也会产生微弱的磁场。目标物磁场的极性同发射线圈磁场的极性恰好相反。如果发射线圈产生的磁场方向垂直地面向下，则目标物磁场就垂直于地面向上。             

    接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场。但它不会屏蔽从地下目标物传来的磁场。这样一来，当接收线圈位于正在发射磁场的目标物上方时，线圈上就会产生一个微弱的电流。

    这一电流振荡的频率与目标物磁场的频率相同。接收线圈会放大这一频率并将其传送到金属探测器的控制台，控制台上的元件继而对这一信号加以分析。

    X光的光子与普通可见光的光子基本相同，但是它们携带的能量更多。这种较高的能量水平可以使X光直接穿过人体大多数的软组织。常规的X光成像技术利用的是光影原理。从人体一侧照射“光线”，此时，人体另一侧的胶片可记录骨骼的轮廓。