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RFID常用的国际标准（三）

已有 1020 次阅读 2009-09-18 15:43 标签: 国际标准 RFID

4．第4部分，传输协议

射频识别的通信主要通过传输协议来完成数据交换等处理。下面简单介绍一下A型IC卡的传输协议。

A型IC卡的传输协议，即A型PICC射频IC卡的运行过程(activation)包含了以下几个部分：请求选卡、选卡请求应答、传输的字节帧结构、协议和参数选择请求、协议和参数选择响应、帧激活等待时间、错误检测和纠正。

传输协议中选卡应答ATS(answer to select)帧的结构规定了字节的总长，字节的格式，接口的字节TA(1)、TB(1)、TC(1)、历史字节等规范。其格式见表9.7。

其中TL是ATS传输帧字节的总长，T0是字节的格式，TA(1)、TB(1)、TC(1)是接口的字节，T1，……，Tk为历史字节，在帧尾用了CRC1和CRC2二个循环冗余校验。

A型IC卡的射频传输过程如图9.19所示。

A型IC卡的射频传输过程如下：首先是PICC射频卡向读写器PCD发出请求选卡的请求。在收到PICE的选卡请求后，PCD向PICC发出选卡请求应答，完成一次握手通信。然后PCD就进行一系列的反碰撞、协议和参数选择请求，协议和参数选择响应，数据传输，数据帧激活和错误检测和纠正等工作。

错误检测和纠正包含了处理请求选卡应答RATS(request for answer to select)和选卡应答ATS，处理协议和参数选择PPS(protocol and parameter select)的请求和响应及在运行期间处理卡标志CID(card identifier。)。

2.3 疏耦合IC卡(VICC)——国际标准ISO 15693

国际标准IS()15693以识别卡——非接触的集成电路卡——疏耦合卡说明了非接触的VICC卡的作用原理和工作参数。该非接触。VICC卡的作用距离可达1m，主要使用具有简单的“状态机”的价格便宜的存储器组件作数据载体。

这项标准主要包括以下四个部分。

第1部分：物理特性。

第2部分：空间接口和初始化。

第3部分：协议。

第4部分：应用注册／发行者。

1．第1部分：物理特性

这项标准第1部分规定了VICC卡的机械性能。VICC的尺寸与国际标准ISO 7810中的规定相符，即85.72mmx54.03mmx0.76mm±容差。

此外，标准的这一部分还有对弯曲和扭曲试验的附加说明以及用紫外线、X射线和电磁射线的辐射试验的附加说明。

2．第2部分：空间接口和初始化

VICC的能量供应是由发送频率为13.56MHz的读写器的交变磁场来提供的。VICC中包含有一个大面积的天线线圈。典型的线圈有3～6匝。

由读写器产生的磁场不允许超过或低于极限值，即115mA／m≤H≤7.5A／m。Hmin≤115mA／m用于VICC的动作场强Hmin。

(1)读写器到VICC的数据传输

从读写器到VICC的数据传输，不仅使用10％的ASK调制，还使用了1000／0的ASK调制。此外，与选择的调制度无关，有两种不同的编码方法：一是“256中取1”代码，另一个是“4中取1”代码可供选用。

疏耦合IC卡必须支持两种调制和编码方法。然而，并不是所有的组合都具有相同的意义。所以在用“256中取1”编码时，10％的ASK调制优先在“长距离模式”中使用。在这种组合中，与13.56Mt{z的载波信号的场强相比，调制波边带的较低的场强容许充分利用许可的磁场强度给IC卡供给能量。与此相反，读写器的“4中取1”编码可与100％的ASK调制的组合在作用距离变短或在读写器的附近被屏蔽。

(2)VICC到读写器的数据传输

为了从疏耦合IC卡向读写器传输数据，用负载调制副载波。电阻或电容调制阻抗在副载波频率的时钟中接通和断开。而副载波本身在Manchester编码的数据流的时钟中进行调制，使用ASK或FSK调制。调制方法的选择是由标准第3部分规定的读写器发送的传输协议起始域中的标记位(控制位)来表明的。因此，IC卡总是支持两种方法(见表9.8)。

数据传输速率可以在两个值之间转换。数据传输速率的选择是由读写器发送的传输协议的起始域(头标)中的标记位(控制位来表明的)。因此，IC卡总是支持两种方法(见表9.9)。

2.4 IC卡的测试——国际标准ISO 10373

国际标准ISO 10373规定了有芯片和无芯片的卡的测试方法。除了测试一般质量特性，例如抗弯强度、耐化学腐蚀性、扭曲试验、易燃性、卡的形状和卡的尺寸或者数据载体的耐紫外光性，即数据传输或存储的最通行的方法(磁条、接触的、非接触的、光学的方法)外，该标准还有自己的测试方法。为了更加一目了然，现将标准的彼此独立的部分中的测试方法汇总起来。这些测试方法是：磁条试验法(国际标准ISO 7811)、接触式IC卡试验法(国际标准ISO 7816)或者非接触IC卡试验法(国际标准ISO 14443、ISO 15693)。

国际标准DIN／ISO 10373／德国工业标准“识别卡一试验方法”：

第1部分：概述。

第2部分：磁条技术。

第3部分：IC卡(带触点的IC卡)。

第4部分：非接触IC卡(根据国际标准ISO 10536的密耦合IC卡)。

第5部分：光存储卡。

第6部分：近耦合IC卡(根据国际标准ISO 14443的非接触IC卡)。

第7部分：疏耦合IC卡(根据国际标准ISO 15693的非接触IC卡)。

1．第4部分：密耦合IC卡的测试方法

标准的这一部分规定了根据国际标准ISO 10536的非接触密耦合IC卡的物理接口的功能测试方法。测试工具有规定的线圈和电容耦合面。用电容耦合面可以求出IC卡与读写器之间的能量和数据传输值。

然而，由于密耦合IC卡不具有重要意义，这里对此方法不作进一步讨论。

2．第6部分：近耦合IC卡的测试方法

标准的这一部分规定了根据国际标准ISO 14443-2的非接触近耦合IC卡的物理接口和读写器的功能测试方法。试验工具有：用于测试负载调制的校验线圈、试验结构以及基准卡(基准PICC)。

(1)校验线圈

为了能够不用昂贵的测量仪器测量由读写器产生的磁场强度，标准首先规定了校验用的线圈的结构。有了这个线圈，用一个简单的示波器就可以足够准确地测量在13.56MHz频率范围内的磁场强度。

校验用线圈以商业上通用的敷铜箔FR4型印制电路板和国际标准ISO 7810对IC卡的尺寸(72mm×42mm×0.76mm)要求为基础。用普通的生产印制电路的方法将一个尺寸为72mm×42mm的导体回路印制到铜箔上。校验用线圈的灵敏度为0.3Vm／A。然而，在测量场强时应该注意：校验用线圈通过附加连接的测量仪器有高电阻负载(示波器的探测头)，因此每份电流对校验用线圈都会导致虚假的测量结果。

如果用示波器进行测量，那么这个校验用线圈也适用于判断读写器的ASK调制信号的通断状况。理想的方式是：对要测量的读写器有一个测试程序，这个程序可以发送连续数列“10101010”，以便在示波器上能够清晰地显示信号。

(2)负载调制的测试

在读写器的天线上能再现并准确地测试近耦合IC卡负载调制信号，由于信号较弱，估计是十分困难的。为了解决由此产生的问题，标准规定了一个测试桥，用测试桥使读写器(或试验发送器)的固有的强信号可以得到均衡。标准规定的测量装置由场振荡器线圈(发送天线)以及两个并联的反相传感器线圈组成。将两个传感器线圈(“基准线圈”和“读出线圈”) 各以相等的距离放在场振荡器线圈的前面和背面，并反相互相连接(见图9.20)。这样，在线圈中的感应电压完全相互抵消。在无负载的状态下，即无负载地通过IC卡或另外的磁耦合电路，这个电路装置的输出电压接近于零。极小的剩余电压用电位器很容易得到补偿。这种剩余电压是由容差限制所造成的不对称，在两个传感器线圈之间总是存在的。

测试过程如下：

首先将要测试的IC卡放在测试桥的发送线圈中间。通过在IC卡线圈中流过的电流在邻近的读出线圈中感应电压Us。测量结构的对称性受到了干扰，使测试电路的输出端上产生偏置电压使结果失真。为了使测量不受到不确定的偏置电压的影响，对设定的测量目标必须用电位器来补偿以恢复测量机构的对称性。调整电位器使测量桥的输出电压达到最小(→0)。

测量桥得到补偿后，由与场内振荡器线圈相连的读写器把REQUEST命令发送给要测试的IC卡。如果IC卡经负载调制将其应答发送给读写器，那么通过IC卡的调制电阻的通和断使测量桥的对称性在开关频率的时钟中受到干扰(开关频率与副载波频率￥s相符)。在测量桥的测量输出端可以测得副载波调制的高频电压。这个信号用一个数字示波器经过几个周期的采样并通过离散傅立叶变换转换到频域。两个在频域内可以看到的调制波边带￥c±￥s的振幅现在可用负载调制器的质量标准，并且超过了在国际标准ISO 14443中规定的极限值(见图9.20)。

(3)基准卡

标准规定了两种不同的基准卡作为另外的辅助工具。基准卡用于检验读写器场内IC卡的能量供应、在ASK调制时发送器的起振和停振状态以及读写器的接收器中的解调器。

①能量供应和调制

用规定的基准卡可以检验由读写器产生的磁场能否为一个非接触IC卡的工作提供足够的能量。基准卡的电路如图9.2l所示。电路主要由可调谐振频率的电子标签谐振线路、桥式整流器以及用于调制数据载体的负载电阻组成。

测试时，将基准卡放入读写器的作用范围内，在基准卡规定的谐振频率￥RES(13～19MHz)和负载电阻(910Ω、1800Ω)下，测量基准卡的输出电压U。如果作用范围内的电压不低于下限值3V，那么测试就是合格的。

②负载调制

第二个基准卡为我们提供了一种可供读写器使用的试验方法。用这种方法能够检验读写器的接收器在要求的最低灵敏度下的接收情况。测试卡的电路基本上与图9.21所示的电路相符，只是增加了一个负载调制器。

测试时，将基准卡放入读写器生产商家规定的读写器作用范围内。基准卡开始将连续的副载波(根据国际标准ISO 14443的847kHz)信号经过负载调制发送给读写器，副载波信号在规定的作用范围内被读写器识别出来。要测试的读写器最好具有一种测试模式。在该模式时能把连续的副载波的检波转变成一种信号。

3．第7部分：疏耦合IC卡的测试方法

标准的这一部分规定了非接触IC卡的物理接口和根据国际标准ISO 15693-2的读写器的功能测试。测试工具和测试方法在很大程度上与近耦合IC卡的测试相符。区别仅在于：基准卡结构中的副载波频率不同(模拟负载调制)以及工作中的场强不同。

3 工具和具夹用的数据载体——国际标准D1N／ISO 69873

国际标准DIN／ISO 69873规定了非接触的数据载体的尺寸和它们在工具、夹具中的安装空间。通常，将数据载体放入一个符合国际标准DIN／ISO 69871的陡峭圆锥体中或放入一个符合国际标准DIN／ISO 69872的固定把手中。在这项标准中还给出了安装举例。

在国际标准DIN／ISO 69873中给出了数据载体的尺寸：d1=10mm，￥1=4.5mm，标准中也给出了安装空间的具体尺寸(如图9.22所示)。

4 集装箱识别——国际标准ISO 10374

国际标准ISO 10374说明了基于微波电子标签的集装箱自动识别系统。国际标准ISO 6346中规定了集装箱的光学识别，在电子标签支持的集装箱识别的数据记录中可以表示出这些光学标志。

标准中使用了有源(电池支持)的微波电子标签。这种电子标签通过850～950MHz以及2400～2500MHz频率范围内的未调制的载波信号被活化。以最大电场强度为150mV／m来规定电子标签的灵敏度。电子标签用变形的FSK副载波通过反向散射调制做出应答。信号在两个副载波40kHz和20kHz之间被调制。