SHC1102無線電子標簽技術
作者:上海華虹集成電路有限責任公司
來源:RFID世界網
日期:2005-05-18 10:18:28
摘要:SHC1102無線電子標簽技術
關鍵詞:SHC1102無線電子標簽技術
電子標簽,又名智能標簽,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、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任公司繼成功開發出具有自主知識產權的8k bit非接觸式IC卡芯片(成功應用于上海公共交通卡項目),64k bit接觸式CPU卡(成功應用于上海社會保障卡項目)等一系列智能卡產品后,又推出SHC1102無線電子標簽產品。該產品出自對實用性,可靠性和經濟性等方面的考慮,面向低成本運用,并具有易于回收的特點。其技術和測試標準都符合ISO14443 Type A國際標準。華虹SHC1102無線電子標簽產品適用于軌道交通AFC收費系統中的IC卡單程票、供應鏈管理、專業防偽、巡更、航空包裹管理、電子門鎖等經濟型領域。
1 電子標簽的特性
數據存儲:數據可隨時更新。
讀寫速度:與條形碼相比,無須直線對準掃描,讀寫速度更快,可多目標識別和運動識別。
使用方便:體積小,容易封裝,可以嵌入產品內。
安全:序列號惟一,采用認證來防止數據的非法讀寫,難以偽造。
耐用:避免了機械故障、壽命長(一般可達十年以上)、可抵抗惡劣環境。
2 技術原理
無線電子標簽(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著數據編解碼、相互認證、加解密等功能的專用集成電路 SHC1501 進行。華虹SHC1101和SHC1102產品可以使用同一臺讀寫器進行操作。
2.1系統架構
SHC1102 的系統由讀寫器和無線電子標簽兩部分組成。如圖1所示。

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卡芯片系列產品之一,其內部結構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芯片內部各部分電路工作時所需要的能量,通過電源產生電路完成;<2>從載波中提取電路正常工作時需要的時鐘,由時鐘恢復電路完成;<3>對進出SHC1102芯片的數據進行調制解調,由數據調制解調電路完成;<4>上電復位,由復位電路完成。
數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,對讀卡器的指令進行響應。
EEPROM存貯單元電路用來存儲關鍵數據,它通過EEPROM接口電路與數字部分進行通訊。為數字部分提供必要的數據或數據讀寫指令執行的結果。由于EEPROM存貯單元在寫操作時需要高壓,因此EEPROM存貯單元電路內含高壓產生和控制電路。
2.3 主要技術參數
●工作頻率:13.56 MHz
●通信速率:106 kps
●調制方式:ISO/IEC 14443 Type A
●工作溫度:-20℃至80℃
●存貯容量:512 bits
●無電池: 無線方式傳遞數據和能量
●讀寫距離:在距讀卡器天線0-100 mm區域內能正確進行數據交換和完成各項操作
●采用半雙工通訊協議
●在無線通訊過程中通過以下機制來保證數據完整
---每幀有16位CRC檢驗
---每字節有奇偶校驗位
●數據安全性
---相互認證
---每張卡的序列號惟一
---傳輸密鑰保護
●靈活的的存儲結構
---512 位EEPROM (16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits )
---分為2個不同訪問條件的數據區 ( DATA 1、DATA 2 )
---每個塊為最小訪問單位,由4個字節組成
---每個芯片可定義自己獨立的密鑰 (4 Bytes )
●數據保持時間大于10年
●擦寫次數大于10萬次
2.4 交易流程
當 SHC1102 芯片接收到讀寫器的指令后,經過指令譯碼,通過控制邏輯進行數據處理,并返回相應的處理結果。
當華虹 SHC1102 位于讀寫器的有效工作范圍之外時,芯片處于無電狀態,不能進行任何操作;當其進入讀寫器的有效工作范圍,芯片上電復位,進入等待狀態,在此狀態下可正確接收和響應讀寫器發送的詢卡/應答指令,并進行相互認證和讀寫等操作。
●詢卡(Answer to Request)
讀寫器通過發出指令來確認是否有華虹非接觸式IC卡產品(SHC1101、SHC1102)進入其操作范圍,并通過應答確認產品的類型。并由產品類型確定相互之間的通訊協議和通訊速率。
●選卡(Select)
選擇要進入下一步操作的卡序列號(UID),卡應在確認被選中后返回卡的用戶碼(CID)。
●認證( Authentication)
SHC1102進入讀寫器的有效工作范圍并正確響應之后,讀寫器與SHC1102電子標簽之間要進行相互認證。只有都通過了認證,讀寫器才能開始對卡進行權限操作(非權限讀操作無需認證即可進行)。
●讀寫(Read/Write)
在完成必要的認證后,讀寫器就可以開始對SHC1102進行讀寫操作了。
讀——讀一個塊,直接讀或經認證后讀。
寫——寫一個塊,必須先通過認證。
●停止(Halt)
將 SHC1102設置為停止等待狀態。
2.5存儲結構及其讀寫權限
SHC1102中的EEPROM存儲區容量為512 Bits,分成16個塊,每個塊由4個字節組成,每個字節有8位。塊是存儲區的最小訪問單位。
SHC1102芯片中EEPROM存儲區的結構如表1所示。

●制造商塊
塊0、塊1是特殊的數據塊,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。制造商塊中的數據由芯片制造商在生產過程中寫入,數據只讀,不可改寫。
●密鑰塊
塊8專用于存放認證的密鑰,稱密鑰塊,此塊存放的數據須通過認證后才可讀或可改寫。
●應用數據區 1 ( DATA 1 )
應用數據區1 : 塊2 ~ 塊7 (DATA 1)
訪問控制條件: 讀 ―― 無條件; 寫 ―― 認證 Key
●應用數據區 2 ( DATA 2 )
應用數據區2 : 塊9 ~ 塊15 (DATA 2)
訪問控制條件: 讀 ―― 認證 Key; 寫 ―― 認證 Key
3 綜述
SHC1102電子標簽作為數據載體,能起到標識識別、物品跟蹤和信息采集的作用。其應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。
●對物品實時監控的需求。
在1992~1999年間射頻識別產品在全世界銷售額的年平均增長率達25.3%。由此可見,射頻識別技術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絡系統的10年規劃,是旨在加速推動我國國民經濟信息化進程的重大國家級工程。由此各種自動識別技術的發展及應用十分迅猛。現在,射頻識別技術做為一種新興的自動識別技術,也在中國迅速地普及。可以說,射頻識別產品的市場是十分巨大的。
上海華虹集成電路有限責任公司繼成功開發出具有自主知識產權的8k bit非接觸式IC卡芯片(成功應用于上海公共交通卡項目),64k bit接觸式CPU卡(成功應用于上海社會保障卡項目)等一系列智能卡產品后,又推出SHC1102無線電子標簽產品。該產品出自對實用性,可靠性和經濟性等方面的考慮,面向低成本運用,并具有易于回收的特點。其技術和測試標準都符合ISO14443 Type A國際標準。華虹SHC1102無線電子標簽產品適用于軌道交通AFC收費系統中的IC卡單程票、供應鏈管理、專業防偽、巡更、航空包裹管理、電子門鎖等經濟型領域。
1 電子標簽的特性
數據存儲:數據可隨時更新。
讀寫速度:與條形碼相比,無須直線對準掃描,讀寫速度更快,可多目標識別和運動識別。
使用方便:體積小,容易封裝,可以嵌入產品內。
安全:序列號惟一,采用認證來防止數據的非法讀寫,難以偽造。
耐用:避免了機械故障、壽命長(一般可達十年以上)、可抵抗惡劣環境。
2 技術原理
無線電子標簽(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著數據編解碼、相互認證、加解密等功能的專用集成電路 SHC1501 進行。華虹SHC1101和SHC1102產品可以使用同一臺讀寫器進行操作。
2.1系統架構
SHC1102 的系統由讀寫器和無線電子標簽兩部分組成。如圖1所示。

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卡芯片系列產品之一,其內部結構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芯片內部各部分電路工作時所需要的能量,通過電源產生電路完成;<2>從載波中提取電路正常工作時需要的時鐘,由時鐘恢復電路完成;<3>對進出SHC1102芯片的數據進行調制解調,由數據調制解調電路完成;<4>上電復位,由復位電路完成。
數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,對讀卡器的指令進行響應。
EEPROM存貯單元電路用來存儲關鍵數據,它通過EEPROM接口電路與數字部分進行通訊。為數字部分提供必要的數據或數據讀寫指令執行的結果。由于EEPROM存貯單元在寫操作時需要高壓,因此EEPROM存貯單元電路內含高壓產生和控制電路。
2.3 主要技術參數
●工作頻率:13.56 MHz
●通信速率:106 kps
●調制方式:ISO/IEC 14443 Type A
●工作溫度:-20℃至80℃
●存貯容量:512 bits
●無電池: 無線方式傳遞數據和能量
●讀寫距離:在距讀卡器天線0-100 mm區域內能正確進行數據交換和完成各項操作
●采用半雙工通訊協議
●在無線通訊過程中通過以下機制來保證數據完整
---每幀有16位CRC檢驗
---每字節有奇偶校驗位
●數據安全性
---相互認證
---每張卡的序列號惟一
---傳輸密鑰保護
●靈活的的存儲結構
---512 位EEPROM (16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits )
---分為2個不同訪問條件的數據區 ( DATA 1、DATA 2 )
---每個塊為最小訪問單位,由4個字節組成
---每個芯片可定義自己獨立的密鑰 (4 Bytes )
●數據保持時間大于10年
●擦寫次數大于10萬次
2.4 交易流程
當 SHC1102 芯片接收到讀寫器的指令后,經過指令譯碼,通過控制邏輯進行數據處理,并返回相應的處理結果。
當華虹 SHC1102 位于讀寫器的有效工作范圍之外時,芯片處于無電狀態,不能進行任何操作;當其進入讀寫器的有效工作范圍,芯片上電復位,進入等待狀態,在此狀態下可正確接收和響應讀寫器發送的詢卡/應答指令,并進行相互認證和讀寫等操作。
●詢卡(Answer to Request)
讀寫器通過發出指令來確認是否有華虹非接觸式IC卡產品(SHC1101、SHC1102)進入其操作范圍,并通過應答確認產品的類型。并由產品類型確定相互之間的通訊協議和通訊速率。
●選卡(Select)
選擇要進入下一步操作的卡序列號(UID),卡應在確認被選中后返回卡的用戶碼(CID)。
●認證( Authentication)
SHC1102進入讀寫器的有效工作范圍并正確響應之后,讀寫器與SHC1102電子標簽之間要進行相互認證。只有都通過了認證,讀寫器才能開始對卡進行權限操作(非權限讀操作無需認證即可進行)。
●讀寫(Read/Write)
在完成必要的認證后,讀寫器就可以開始對SHC1102進行讀寫操作了。
讀——讀一個塊,直接讀或經認證后讀。
寫——寫一個塊,必須先通過認證。
●停止(Halt)
將 SHC1102設置為停止等待狀態。
2.5存儲結構及其讀寫權限
SHC1102中的EEPROM存儲區容量為512 Bits,分成16個塊,每個塊由4個字節組成,每個字節有8位。塊是存儲區的最小訪問單位。
SHC1102芯片中EEPROM存儲區的結構如表1所示。

●制造商塊
塊0、塊1是特殊的數據塊,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。制造商塊中的數據由芯片制造商在生產過程中寫入,數據只讀,不可改寫。
●密鑰塊
塊8專用于存放認證的密鑰,稱密鑰塊,此塊存放的數據須通過認證后才可讀或可改寫。
●應用數據區 1 ( DATA 1 )
應用數據區1 : 塊2 ~ 塊7 (DATA 1)
訪問控制條件: 讀 ―― 無條件; 寫 ―― 認證 Key
●應用數據區 2 ( DATA 2 )
應用數據區2 : 塊9 ~ 塊15 (DATA 2)
訪問控制條件: 讀 ―― 認證 Key; 寫 ―― 認證 Key
3 綜述
SHC1102電子標簽作為數據載體,能起到標識識別、物品跟蹤和信息采集的作用。其應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。
●對物品實時監控的需求。
在1992~1999年間射頻識別產品在全世界銷售額的年平均增長率達25.3%。由此可見,射頻識別技術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絡系統的10年規劃,是旨在加速推動我國國民經濟信息化進程的重大國家級工程。由此各種自動識別技術的發展及應用十分迅猛。現在,射頻識別技術做為一種新興的自動識別技術,也在中國迅速地普及。可以說,射頻識別產品的市場是十分巨大的。