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非接触式IC卡动作原理以及工作原理

2017-04-14
类别:业界动态
eye 626
文章创建人 拍明

      ic卡全称集成电路卡(Integrated Circuit Card),又称智能卡(Smart Card)。可读写,容量大,有加密功能,数据记录可靠,使用更方便,如一卡通系统,消费系统等。

按连接方式分为接触式和非接触式,接触式卡片存在着操作慢,环境适应性差,可靠性欠佳等问题,这些先天的不足限制了他们在一些重 要领域应用。非接触式IC,90年代中期出现,有适应恶劣环境的能力,优良的电气和机械性能,极高的安全性,将逐渐取代现在接触式IC卡,成应用最为广泛的主流卡。

非接触式IC卡,又称"无触点IC""射频卡",是世界最近几年发展起来的一项新技术。它的芯片全部封于卡基内,无暴露部分。不但如此,在卡体内还嵌有一个微型天线,是为了嵌入的芯片与读卡器之间的相互通信,它通过无线电波或电磁场的感应来交换信息。它成功地将射频识别技术和IC技术结合起来,解决了无源(卡中无电源)和免接触这两大难题,是电子器件领域的一大突破。

非接触式IC卡.jpg

该技术的优势是信息的交换不需要卡和读卡器之间有任何接触。卡的存储容量一般在256b72kb之间,目前最流行的技术有LegicMifareDesfireiCodeHID class等,同时也遵从ISO14443 A&B通信协议的芯片。通常用于门禁、公交收费、地铁收费等。非接触式IC卡所使用的芯片以PHILIPS公司出品的Mifare one S50S70芯片居多,约占到80%,所以很多人习惯上称非接触式IC卡为"M1"

非接触式IC卡又称射频卡,由IC芯片、感应天线组成,封装在一个标准的PVC卡片内,芯片及天线无任何外露部分。非接触式ic卡读卡器是与非接触式ic卡结合起来应用的机器。

非接触式IC卡,是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。它的原理是:卡片在一定距离范围(通常为5—10mm)靠近ic卡读卡器表面,通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。读卡器向IC卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个IC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,这样在电磁波激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷;在这个电荷的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内存储,当所积累的电荷达到2V时,此电容可作为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

非接触式ic卡读卡器的优点:

1、可靠性高,可防止因插卡、灰尘油污导致的各种故障;卡外表无裸露的芯片,无芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题;操作方便快捷,有效范围内即可对卡片操作;无方向性;提高了识读速度,卡与读写器之间无机械接触。

2、防冲突(自动分辨能力)射频卡有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰,读写器可同时处置多张感应卡。

3、操作方便,由于非接触通讯,读写器在10CM范围内就可以对卡片操作,一般读卡距离是根据机具不同而定。所以不必插拨卡,非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性,卡片可以在任意方向掠过读写器表面,既可完成操作,这大大提高了每次使用的速度。

4、应用范围广,射频卡的存储器结构特点使其可一卡应用于不同的系统,用户根据不同的应用可设定不同的密码和访问条件。

5、非接触式ic卡读卡器加密性能好,双向验证机制,各扇区均有操作密码和访问条件。

非接触式IC卡动作原理

非接触式IC卡片用读写器(RW: Read & Writer)的动作原理,如图所示非接触式IC卡片本身并无电源,因此RW供应电源给IC卡片的同时还必需进行通信作业,RWloop天线亦即IC卡片的天线变成电磁性结合状态,RW利用13.56MHz的传输波供应电源给IC卡。

此时RW若传送资料给IC卡片时,RW会传输变调度大约10%左右的ASK(振幅输变)信号给IC卡片,IC卡片检测该信号并转换成资料;反之如果从IC卡片传送资料给RW时,IC卡片变成从RW接收无变调信号状态,接着利用IC卡片内的变调器产生负载变动,RW将此负载变动当成自我loop天线,亦即RW的天线的电流、电压变化检测并将资料复调。表1FeilCa的物理层与资料链层的主要规格。

2非接触式IC卡错误修正

介绍有关如何达成「完全无错误」的电路品质与错误控制相关技术。最近几年强大的错误修正技术,使得许多完全无错误化的要求获得实现,由于非接触式IC卡片通信系统的packet长度高达数百位元,因此错误修正效果几乎被局限在随机错误(random error)范围,理论上如果能维持比较良好的位元错误率,会比采用低编码效率与不良的修正码更具实用效果,依此判断研究人员最后决定采用低冗长度,而且可以对错误检测码进行再送控制的混合方式,事实上传统FeilCa也是沿袭上述架构进行错误救济再送控制。

不过上述方式回路的位元错误率会变差,而且再送次数则大幅增加,其结果反而会造成非接触式IC卡通信系统的通信成功率恶化,例如packet长度为256进行2次再送时,为获得通信错误率10-8,回路的位元错误率必需低于10-5,此时若以ASK的非同步检波获得10-5的位元错误率,S/N比大约需要15dB左右,如此才能确保RW的预期目标。实现以上位元错误率目标值的关键,是如何对策阻抗(impedance)特性变动的技术,具体内容分别是:

非接触式IC卡片特性变动的对策

‧RW设置环境的适应性

非接触式IC卡片具备无形状上限制等特徵,因此最近几年甚至出现内建非接触式IC晶片的手表与list band等商品,依此观之未来势必推广至移动电话等领域,然而RW的广泛应用却造成RW的相容性、如何同时辨识复数非接触式IC卡片、如何设计复数RW之间不会相互干扰等问题成为重要课题,亦即今后必需克服以下问题:

支援多样化媒体与周围环境的适应性

复数非接触式IC卡片的辨识能力

抑制复数RW之间相互干扰

3非接触式IC卡对策技术

媒体特性对非接触式IC卡片通人系统的影响实例,如图所示它是非接触式IC卡片-RW之间的距离,与RW-非接触式IC卡片之间的信号强度对复数个卡片共振频率fc变数的互动关系,由图可知fc相异时通信特性相对变大,尤其是fc=15MHz的特性,非接触式IC卡片-RW之间的距离d=10mm时,信号强度几乎接近zero cross

4非接触式IC卡系统特性  将数字化资讯从资讯源传送至资讯传输目的地的无线通信系统,一般都可以进行类似通信系统模式化分析。通信系统的作业模式可以分成变调方式与编码方式,但不论哪种方式非接触式IC卡系统处理的资讯主要是与金融、个人隐私有关的高敏感性数字资料,因此非接触式IC卡通信系统不允许有方式任何错误,要求达到完全无错误(error free)水准。

 


责任编辑:Davia

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