RFID原理第五章 --电子标签

一位电子标签独有的组件是 [去激活器]
采用声表面波技术的标签至少需要 [1] 套叉指换能器.
具有储存功能,不含微处理器的电子标签的状态和功能的控制依赖于 [状态机] 组件
条形码

  • 需要存在“视线”(line-of-sight)
  • 光学设备扫描,必须附着于表面
  • 扫描效率低,容易出错
  • 条码易撕裂,污损,丢失
  • 即使是二维码,也容量有限
  • 成本低,适合低端产品

电子标签

  • 不需要“视线”(line-of-sight)
  • 可以任意形状附带于包装内部
  • 自动化管理,标签无需人工识别
  • 信息容量较大
  • 成本较高,适合高端产品或包装箱

科学搭配

  • 产品本身附着条形码;
  • 产品包装箱采用RFID标签

电子标签的分类

利用物理效应:一位电子标签、声表面波技术的标签。
利用电子电路:具有储存功能的标签、微处理器标签。

一位电子标签:也叫比特电子标签,电子标签只有1和0两种状态,读写器只能感测两种状态:响应范围内存在标签,响应范围内不存在标签。一位电子标签不需要芯片,工作方法多种多样:射频法,微波法,分频法,电磁法,声磁法。。。

射频工作法原理:
组成
标签:正常工作表示1
读写器:感测范围内正常工作的标签
去激活器:破坏/移去标签
原理L-C振荡回路

  1. 标签频率调谐到fR
  2. 读写器发出频率为fG的交变磁场
  3. 标签移近读写器,即感应到磁场
  4. fR = fG 时标签产生谐振,感应电流激发的感应磁场对外部磁场产生反作用,即交变磁场减弱
  5. 读写器判定有标签存在

常见的一位电子标签:

软标签:成本低、直接粘附、一次性使用。
硬标签:成本较高、悬挂于产品、可多次使用、需要专门的开锁器。

一位电子标签的主要应用:
电子商品防盗系统(EAS):

  • 标签附着于商品
  • 于出口通道安装检测器(读写器)
  • 商品付款后破坏/移除电子标签:
    破坏(去激活器):产生强磁场,激发感应电压破坏薄膜电容
    移除:开锁器
    正常工作的电子标签接近读写器即引发报警
  • EAS主要技术:射频,电磁,微波,声波

采用声表面波技术的标签
声表面波/表面声波:声表面波(SAW,Surface Acoustic Wave)是沿物体表面传播的一种弹性波:能量密度高、传播速度慢

组成:压电材料制成的基底和叉指状换能器(IDT):交错的金属薄膜

RFID原理第五章 --电子标签

RFID原理第五章 --电子标签
RFID原理第五章 --电子标签

RFID原理第五章 --电子标签

RFID原理第五章 --电子标签

声表面波技术特点:
传播速度慢

  • 极短的波长 – 电子器件的超小形化,
  • 方便在信号传播过程中对信号采样和变换 – 优越的性能:对信号的压缩,展频,编解码

易于工业化生产
性能稳定(因为不涉及电子迁移)

声表面波电子标签
构成

  • 天线
  • 压电基底
  • 叉指换能器
  • 反射器

工作原理

  • 高频信号输入叉指换能器,激发声表面波
  • 反射器反射声波,使同一组叉指换能器进行声波-电信号互相转换
  • 特定组合规律的反射器反射信号携带特定的编码信息

SAW电子标签的特点:

  • 读取范围大,可靠
  • 不同种类产品均可使用
  • 芯片与天线匹配简单,工艺要求低
  • 可识别高速移动物体
  • 受环境影响小,如高温差,强辐射

SAW电子标签的发展方向:

  • 提高工作频率,即降低IDT指条的宽度
    0.5µm 1500MHz
    0.35µm 2GHz
    0.2µm 2.5GHz
  • 目前:3GHz
  • 微型化,片式化,轻便化
  • 降低插入损耗
    激活无源SAW标签的能量损耗,包括IDT转换损耗
    声表面波传播时的损耗
  • 宽带化
  • 提高耐电力特性

含有芯片的电子标签:

  • 以集成电路芯片为载体 分类:具有储存功能,不含微处理器;含有微处理器

  • 使用最广泛的电子标签

  • 构成:天线、射频前端、控制电路

控制部分构成

  • 地址与安全逻辑
  • 存储器

特点:利用状态机在芯片上实现寻址和安全逻辑

RFID原理第五章 --电子标签

地址与安全逻辑
通过状态机控制所有的过程和状态

构成:

  • 电源电路:保证地址与安全逻辑处于规定的工作状态
  • 时钟电路:获取与系统同步所需的时钟
  • I/O寄存器:与读写器交换数据
  • 加密部件:数据的加密,密钥的管理
  • 状态机:控制所有过程和状态

状态机能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移

  • 能够跟踪某个内部状态
  • 收到外部事件后采取特定的操作响应事件
  • 更新状态

例:人有三个状态:健康,感冒,康复中。触发的条件有淋雨(t1),吃药(t2),打针(t3),休息(t4)。所以状态机就是健康-(t4)->健康;健康-(t1)->感冒;感冒-(t3)->健康;感冒-(t2)->康复中;康复中-(t4)->健康,等等

存储器
分类:只读电子标签、可写入电子标签、能加密的电子标签、分段存储的电子标签。

只读标签:生产时写入信息,不可更改

一次性编程只读标签:可在使用前一次性写入信息,写入后不可更改

可重复编程只读标签:可重复写入,识别过程中不可更改

具有密码功能的电子标签
单向认证密钥:确定读写器是否有权读取数据
双向认证密钥:加密随机数的方法双向认证

分级密钥
系统有多个密钥,权限不同对应不同的子系统

案例:公交卡
拥有密钥A和B
公交车读写器使用A配对,只允许扣除金额;
充值点读写器使用B配对,允许充值

分段存储的电子标签
大容量标签将存储器分段,各段的数据,功能和密钥独立
某个密钥认证成功后,仅相对应存储段的数据开放读取
固定分段存储:存储段固定大小:易于实现,成本低,浪费空间
可变分段存储:存储段根据需要分配:实现较困难
可构建“一卡通”

非接触式IC卡
可读写,容量大,数据记录可靠,使用方便
IC卡出厂时即生成密钥
典型IC卡芯片

  • 2-15cm读写距离:Temic e5551, Atmel RF256, EM4069, EM4150, SR176, SRIX4K
  • UCODE HSL:1.5-8.4m读写距离、每秒扫描50个标签、每字节写保护机制、16位CRC校验

MIFARE技术

  • 操作简便快捷:非接触式
  • 抗干扰能力强:快速防碰撞机制
  • 可靠性高:卡片完全密封
  • 适合一卡多用:大容量

RFID原理第五章 --电子标签
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