1
在读写器的响应范围之外，非接触式IC卡处于无源状态。通常，非接触式IC卡没有自己的供电电源(电池)，只是在读写器响应范围之内，卡才是有源的，卡所需要的能量以及时钟脉冲、数据，都是通过耦合单元的电磁耦合作用传输给卡的。 2
非接触式IC卡的制造工艺是在四层PVC薄膜(两层嵌入薄膜和两层覆盖薄膜)之间粘合一个非接触式IC卡模块及耦合元件而构成的。 其中，耦合元件一般为电磁感应天线线圈，起电感耦合作用。将设计成线圈状的天线安放在承载薄膜的上面，且用适当的连接技术将其与芯片模块连接在一起。天线的制造主要采用以下四种方法：绕制工艺、布线工艺、丝网印刷工艺和蚀刻工艺。非接触式IC卡的薄膜结构如图所示。 3
典型的非接触式IC卡读写器(也称为“阅读器”)包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及与卡连接的耦合元件，如图3.4所示。由高频模块和耦合元件发送电磁场，以提供非接触式IC卡所需要的工作能量以及发送数据给卡，同时接收来自卡的数据。此外，大多数非接触式IC卡读写器都配有上传接口，以便将所获取的数据上传给另外的系统(个人计算机、机器人控制装置等)。 4
相对于接触式IC卡，非接触式IC卡需要解决的问题主要有以下三个方面： (1) 非接触式IC卡如何取得工作电压。 (2) 读写器与IC卡之间如何交换信息。
(3) 防冲突问题：多张卡同时进入读写器发射的能量区域(即发生冲突)时如何对卡逐一进行处理。 5
非接触式IC卡在卡的表面上无触点，IC卡与读写器之间通过无线方式(即发射和接收电磁波)进行通信，因此非接触式IC卡的使用依赖于射频识别(RFD)技术的发展，故又将非接触式IC卡称为射频卡(RFC)。典型的射频识别系统由应答器和寻呼器组成，非接触式IC卡的读写器就是寻呼器，而卡则是应答器。 6
读写器和IC卡之间的工作关系如下：
(1) 读写器发射激励信号(一组固定频率的电磁波)。
(2) IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。在电磁波的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，当所积累的电荷达到2 V时，此电容可以作为电源为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。
(3) 同时卡内的电路对接收到的信息进行分析，判断发自读写器的命令，如需在EEPROM中写入或修改内容，还需将2 V电压提升到15 V左右，以满足写入EEPROM的电压要求。
(4) IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息给读写器。 (5) 读写器接收IC卡的应答信息。 7
图中阴影部分为fc=13.56 MHz载波，数据传输速率=13.56 MHz/128=106 kb/s(9.4 μs/b)，从PICC发向PCD的信号用副载波(subcarrier)调制，副载波的频率fs=fc/16=847 kHz。一个位时间等于8个副载波周期。
可以看到，两种方式最主要的分别在于载波调制程度的不同(如图3.6(a)所示)以及二进制数据的编码方法不同(如图3.6(b)所示)。 从TYPE A和TYPE B的比较可以看出以下几点：
(1) 从读写器到卡的调制，TYPE A用100%ASK，因此其信号区别明显，易于检测，抗干扰能力强；但在每一位的传送(传送速率为106 kb/s时，传送周期为9.4 μs)中，有约3 μs的信号间歇，这时的读写器到卡的能量供应中断，必须在卡内电路中加一个大容量电容以维持一定的能量供应；而TYPE B用10%ASK，卡片可以从读写器获得持续的能量；但信号区别不明显，容易造成误读/写，抗干扰能力较差。
(2) TYPE A的防冲突需要卡片上较高和较精确的时序，因此需要在卡和读写器中分别加一些硬件，而TYPE B的防冲突可以用软件来实现。
目前TYPE A与TYPE B孰优孰劣尚在争议中。TYPE A 的产品具有更高的市场占有率，如Philips公司的MIFARE系列占有了当前约80%的市场，且在较为恶劣的工作环境下更有优势。但TYPE B应该在安全性、高速率和适应性方面有更好的前景，并且更适合于CPU卡。 8
AntiCollision防冲突
(1) 指令功能：如果有多于一张的MIFARE 1卡处在MCM天线的有效工作范围(距离)内，则发生了冲突。AntiCollision指令使MCM能够在这一叠 MIFARE 1卡中选择某一张卡。
AntiCollision指令开始于一个AntiCollision Loop(防冲突循环，内部处理)。AntiCollision循环的启动是通过设置STACON寄存器中的AC位来完成的。防冲突循环结束时，AntiCollision指令将提供给用户在这些卡片中选定的那张卡片的一个有效的40位长的序列号(SN，Serial Number)。全球每一张MIFARE 1卡的SN各不相同。 14
1．RF射频接口电路
在卡的RF射频接口电路中，波形转换模块接收读写器所发送的13.56 MHz的无线电调制信号。一方面送调制/解调模块，经解调得到相应的数字信息送数字电路模块；另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出提供卡片上各电路的工作电压。
POR模块主要是对卡片上的各个电路进行POWER-ON-RESET(上电复位)，使各电路同步启动工作。
而数字电路模块送出的数字信息则经由调制/解调模块调制为13.56 MHz的无线电调制信号，再送往波形转换模块发送给读写器。 2．数字电路部分模块
1) ATR模块：Answer To Request(“请求之应答”)
当一张MIFARE 1卡处在读写器的天线工作范围之内时，程序员控制读写器向卡发出Request all(或Request std)命令后，卡的ATR将启动，将卡片Block 0 中2个字节的卡类型号(TagType)传送给读写器，建立卡与读写器的第一步通信联络。 如果不进行第一步的ATR工作，读写器对卡的其他操作(读/写操作等)将不会进行。
2) AntiCollision模块：防(卡片)冲突功能
如果有多张MIFARE 1卡处在读写器的天线工作范围之内，则AntiCollision模块的防冲突功能将被启动工作。读写器将会首先与每一张卡进行通信，读取每一张卡的序列号(Serial Number)。由于每一张MIFARE 1卡都具有惟一的序列号，决不会相同，因此程序员将启动读写器中的AntiCollision防重叠功能配合卡上的防重叠功能模
块，根据卡序列号来选定其中一张卡。被选中的卡将被激活，可以与读写器进行数据交换；而未被选中的卡处于等待状态，随时准备与读写器进行通信。
AntiCollision模块(防重叠功能)启动工作时，读写器将得到卡片的序列号(Serial Number)。序列号存储在卡的Block 0中，共有5个字节，实际有用的为4个字节，另一个字节为序列号的校验字节 。
3) Select Application 模块：卡片的选择
当卡与读写器完成了上述两个步骤，读写器要想对卡进行读/写操作时，必须对卡进行“Select”操作，以使卡真正地被选中。
被选中的卡将卡片上存储在Block 0中的卡容量“Size” 字节传送给读写器。当读写器收到这一字节后，方可对卡进行进一步的操作，如密码验证等。 4) Authentication & Access Control 模块：认证及存取控制模块
完成上述的三个步骤后，读写器对卡进行读/写操作之前，必须对卡上已经设置的密码进行认证，如果匹配，则允许进一步的读/写操作。
MIFARE 1 卡上有16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不干涉，必须分别加以认证，才能对该扇区进行下一步的操作。因此每个扇区可独立地应用于一个应用场合，整个卡可以设计成一卡多用(一卡通)的形式来应用。 5) Control & Arithmetic Unit：控制及算术运算单元
这一单元是整个卡的控制中心，是卡的“头脑”。它主要对卡的各个单元进行操作控制，协调卡的各个步骤；同时它还对各种收/发的数据进行算术运算处理、递增/递减处理和CRC运算处理等，是卡中内建的中央微处理器(MCU)单元。 6) RAM/ROM 单元
RAM主要配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时存储，例如将需存储的数据由控制及算术运算单元取出送到EEPROM存储器中；将需要传送给读写器的数据由控制及算术运算单元取出，经过RF射频接口电路的处理，通过卡片上的天线传送给读写器。RAM中的数据在卡失掉电源后(卡片离开读写器天线的有效工作范围)将会丢失。
同时，ROM中则固化了卡运行所需要的必要的程序指令，由控制及算术运算单元取出，对每个单元进行指令控制，使卡能有条不紊地与读写器进行数据通信。 7) Crypto Unit：数据加密单元
该单元完成对数据的加密处理及密码保护。加密的算法可以为DES标准算法或其他。
8)EEPROM存储器及其接口电路：EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY 该单元主要用于存储用户数据，在卡失掉电源后(卡片离开读写器天线的有效工作范围)数据仍将被保持。
MIFARE 1卡片中的这一单元容量为8192 b(1 KB)，分为16个扇区。
公交IC卡射频识别技术原理
