非接触式IC卡的工作原理与技术(ppt 97页)
非接触IC卡技术
1IC卡概念IC卡具有防磁、防静电、抗破坏性和耐用性强；防伪性好；存储数据安全性高(可加密)；数据存储容量大；应用设备及系统网络环境成本低；品种型号齐全；技术规范成熟等特点。
其极高的安全性现已越来越受到人们的普遍重视，已在越来越多的领域取代磁卡及其它数据卡片，得到了越来越广泛的应用。
IC卡作为一种新的高科技产品正在引起人们的广泛关注，其关键在于IC卡的应用，它标志着一种信息处理手段的问世。
未来多功能的IC卡普及与应用将改变整个社会的生活方式，是人类全面迈向电子化时代的钥匙。
1.1IC卡的主要特点∙高可靠性：防磁、防静电、抗破坏性和耐用性强∙高安全性：防伪性好∙存储数据安全性高(可加密)∙数据存储量大∙方便使用：应用设备及系统网络环境成本低∙多应用类型：品种型号齐全、技术规范成熟各种各样的IC卡1.2IC卡的分类根据集成电路类型分：存储卡（非加密卡）：卡内的IC芯片主要是EEPROM，具有数据存储功能，不具有数据处理功能和硬件加密功能。
逻辑加密卡：有加密逻辑电路通过校验密码方式来保护卡内的数据对于外部访问是否开放，但是是低层次的安全保护，无法防范恶意性的攻击。
CPU卡（智能卡）：卡内的IC中带有CPU、存储单元以及芯片操作系统COS。
装有COS 的CPU卡相当于一台微型计算机，具有数据存储功能、命令处理和数据安全保护等功能。
信息纽扣（TM卡）根据卡与外界数据交换的界面不同分：接触式IC卡非接触式IC卡双界面卡根据卡的应用领域不同分：金融卡非金融卡1.3IC卡应用系统的基本组成IC 卡用卡装置（独立或联网）管理系统1.4IC卡制造过程涉及IC卡制造、IC卡的应用、IC卡机具产品和IC卡数据的编码接触式1.5IC卡的基本标准1．接触式IC卡的基本标准2．非接触式IC卡的基本标准1.5.1 有关IC卡应用的标准和规范1. 社会保障卡建设总体规划劳动保障部19992. 中国金融集成电路（IC）卡规范V2.03. JR/T 0008-2000 银行卡发卡行标识代码及卡号4. 中国石化加油集成电路IC卡应用规范V1.05. ISO 8583-1:2003 金融交易卡产生的报文1.5.2 有关IC卡机具的标准接触式IC卡机具产品主要依据于国家标准GB/T 18239-2000、GB9254-1998、GB/T17618-1998、GB4943-2001等，涉及IC卡机具的功能、电源适应能力、电气安全性、环境适应性、可靠性和电磁兼容性等20多项。
非接触式智能卡的工作原理
非接触式智能卡的工作原理非接触式智能卡（RFC）是一种智能卡技术的应用形式，它在与读卡器建立通信时不需要物理接触。
RFC的工作原理主要包括射频通信、供电和信号处理三个方面。
一、射频通信RFC利用射频通信技术实现与读卡器之间的数据传输。
具体而言，射频芯片内部装置了一个天线，用于接收和发送射频信号。
当RFC靠近读卡器时，读卡器会发射射频信号，RFID芯片接收到信号后，通过解调和解码等处理，最终将数据传输给读卡器。
射频通信的过程可以分为两个阶段：识别阶段和数据传输阶段。
在识别阶段，读卡器发送一个询问命令，RFID芯片根据命令信息回应一个标识码。
读卡器通过识别标识码，确定与其通信的RFC。
而在数据传输阶段，读卡器向RFC发送具体指令，RFC接收到指令后进行相应的处理，并将结果传输回读卡器。
二、供电RFC的供电主要依靠读卡器通过射频信号传递的能量。
具体而言，当RFC靠近读卡器时，读卡器会发射一定强度的射频信号。
该信号通过RFC内部天线感应到，从而产生电能。
RFC将从信号中提取的能量用于自身的工作需要，如芯片供电、信号处理等。
供电的方式可以分为两种：主动和被动。
主动式供电是指读卡器提供较高的能量，RFC通过能量传感器主动接收和提取能量。
被动式供电是指读卡器提供较小的能量，RFC利用这些能量进行工作，但不能通过能量传感器主动获取能量。
三、信号处理RFC的信号处理主要包括解调和解码等操作。
当RFC接收到读卡器发送的射频信号后，首先需要对信号进行解调操作。
解调是将接收到的信号进行滤波和放大等处理，使其能够被后续的电路模块正确解码。
解调之后，RFC对解调后的信号进行解码操作。
解码是将接收到的信号解析成特定的数据格式。
RFC内部的处理单元根据解码后的信息进行相应的逻辑运算、数据处理或存储等操作。
然后，RFC将处理后的数据传输回读卡器。
总结起来，非接触式智能卡的工作原理涉及射频通信、供电和信号处理三个方面。
射频通信是通过射频信号实现读卡器与RFC之间的数据传输。
非接触式IC卡
分类
分类
非接触式IC卡又可分为： 1).射频加密式（RF ID）通常称为ID卡。射频卡的信息存取是通过无线电波来完成的。主机和射频之间没 有机械接触点。比如HID，INDARA，TI，EM等。 大多数学校使用的饭卡（厚度比较大的），门禁卡，属于ID卡。 2).射频储存卡（RF IC）通常称为非接触IC卡。射频储存卡也是通过无线电来存取信息。它是在存储卡基 础上增加了射频收发电路。比如MIFARE ONE。 一些城市早期使用的公交卡，部分学校使用的饭卡，热水卡，属于射频存储卡。 3).射频CPU卡（RF CPU）通常称为有源卡，是在CPU卡的基础上增加了射频收发电路。CPU卡拥有自己的操 作系统COS，才称得上是真正的智能卡。 大城市的公交卡，金融IC卡，极少数学校的饭卡，属于射频CPU卡。
三大威胁
三大威胁
随着社会的进步发展，智能卡技术也被应用到我们的生活当中，随之带来的是智能卡安全控制器经常遭受大 量的黑客攻击。越来越多的攻击也宣布了以前许多设计声称其产品非常安全的说法的终结。
对于非接触卡应用来说，则需要非常高级别的私密保护和数据保护。而特别设计的安全控制器，则能够满足 这类应用的私密保护和数据保护的高级需求。
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支持协议
支持协议
由于非接触IC卡在通讯时，其读写器是通过无线电射频来传输数据，所以其双方必须要遵守完全相同的通讯 协议标准才能达到正常的通讯要求。国内常用的非接触IC卡标准协议为ISOA、ISOB、ISO等。不同协议标准下， 对应不同的IC卡，常用的IC卡有：
ISOA ：普通逻辑加密卡有：Mifare 1K、Mifare 4K、FM11RF08、Ultralight、Ultralight C、Mifare Mini、DesFire；CPU卡有：Mifare ProX T=CL TYPE A
非接触式IC卡的工作原理与技术(ppt 97页)
EM ID厚卡
EM ID薄卡
PHILIPS MIFARE 1卡
TI （德州仪器） Tag-it电子标签
手表卡与钥匙扣卡
不同频段射频卡的特点
特点 工作频率 数据传输 读写距离 读写区域
频段
速率
低频 125~134K
慢
适中(<1m) 较为均匀
Hz
高频 13.56MHz 较快 适中(<1m) 较为均匀
按片内IC：存储卡、逻辑加密卡、CPU卡 按工作距离：密耦合卡、近耦合和疏耦合卡 按工作频率的高低 ：125kHz的低频卡（30
kHz ~300 kHz），13.56MHz的高频或射频卡 （3MHz~30 MHz），915MHz、2.45GHz的超 高频卡（300MHz ~3GHz）、5.8GHz的微波 卡（>3GHz）。 按卡内芯片供电方式：卡内带电池的有源卡和 卡内无电池、由读写器以无线感应方式供电的 无源卡 按使用过程中的读写方式：只读卡（ID卡）和 读写卡 （带EEPROM）
（5）读写器接收IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。
初始化与防冲突 （AntiCollion）
如果有2张或2张以上的IC卡进入读写器的工作范 围，称之为冲突（或碰撞Collion），此时就需要 解决如何对多张IC卡逐一处理的问题——防冲突 AntiCollion。
防冲突方案： 位帧防冲突（Bit AntiCollision） 动态时隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）
——PHILIPS的Mifare卡
容易实现定额收费，操作方便 快捷，安全性高，通用性强
Mifare 1非接触式IC卡
基本性能指标： 卡内器件：
无线智能卡芯片Mifare MF1 IC S50 +天线线圈 标准：
1非接触式IC卡工作原理
1．非接触式IC卡工作原理非接触式IC卡可用以存储数字、字母编码信息,具有智能读写和加密通信的功能,卡中存储的需要识别、交互的数据可以随时写入、更改或擦除。
它通过无线电波与读写设备进行数据交换,不需要电气触点,读写频率高。
卡中的集成电路除了带加密逻辑、串行EEPROM (可擦除、可编程只读存储器) 、微处理器CPU外,还带有射频收发及相关电路。
无源非接触式IC卡框图如图1 所示。
非接触式IC卡接收射频脉冲,经整流给电容器充电,再经稳压后作为工作电压。
数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据送到控制逻辑,控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或接收读写器的数据。
图1无源非接触式IC卡框图系统以13. 56MHz的工作频率,半双工方式在读写器与IC卡之间双向传递数据。
读写器将要发送的信号,编码后加载在频率为13. 56MHz的载波信号上经天线向外发送,进入读写器工作区域的IC卡接收此脉冲信号,一方面卡内芯片中的射频接口模块由此信号获得电源电压、复位信号、时钟信号;同时卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密,然后对命令请求、密码、权限等进行判断,若为读命令,控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息,经加密、编码、调制后经卡内天线发送给读写器,读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至后台计算机处理。
若为修改信息的写命令,有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压,提供擦写EEPROM时所需的高压,以便对EEPROM 中的内容进行改写。
若经判断其对应的密码和权限不符,则返回出错信息与接触式IC卡相比较。
2．射频卡读写器硬件设计系统工作前,通过读写器中的写卡功能对所有的IC卡写入指定的数据,在正式的工作中,由读写卡模块的读卡功能将放入感应区的IC卡中的数据读出,并将数据传输到微处理器中,然后再由微处理器通过对比判断读卡模块上传的数据是否正确,最后根据微处理器得出的结果决定是否开门。
系统的原理框图如图2所示。
非接触式IC卡技术原理与应用
器）控制单元 以及与应答器通信的耦合元件。 、 此外 ， 许多读卡机
还设有附加 的接 口（ Ｓ ２ ２ Ｒ － ８ Ｒ 一 ３ ， Ｓ ４ ５等） 以便将所获得的数据 ，
非 接触式 Ｉ ｃ卡的硬件结构是 由一个天线和 一个 专用集成 电路 （ ＳＣ 组成。其 中天线是 只有几组绕线的线圈 ， Ａ Ｉ） 很适合于
中图分类号 Ｔ ８ Ｎ６
文献标识码 Ａ
文章 编号 １ ２ ７ ５ ７ ２ —６ ６ １ ０
Ｔｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｐ ｉｃｐ ｅ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｎ ａ ｔ ｓ Ｃ Ｃａ ｄ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｉ ｌ ｎ ｐｉ ｔ ｆ ｎ ｃ ｏ Ｃｏ ｔ ｃ ｌ ｓ Ｉ ｒ ｅ
Ｉ Ｃ卡芯片寿命低 等 ，在 Ｉ 的应有领域里又 向前迈进 了一大 ｃ卡
步。
一
、
非接 触 ｌ 卡概 念及 工作 原 理 Ｃ
非接触 Ｉ ｃ卡系统一般 由两部分组成 ： 应答器 ） Ｃ
（ 读器 ） 阅 。一 台典 型 的读 卡 机 包 含有 高 频 模块 （ 送 器 和 接 收 发
态。 通常 ， 卡没有 自己的供 电电源（ 电池 ） 只有在读卡机的响应 。
射频接 口部分 以其本身的共振 电路接收信号并从 中产生电 接 ｃ卡的 范围之 内， 卡才是有源的。卡工作所需的能量 ， 如同时钟脉 冲和 源和工作时钟 ， 口还解调从读写设备传输到非接触式 Ｉ ｃ卡传输 到读写设备的数据 。 控制单元用于 数据一样 ， 是通过耦合单元 （ 非接触的 ） 传输给卡。 当读卡机对卡 数据及从非接触式 Ｉ 进行读写操作时 ， 卡机天线发出的信号 由两部分叠加组成 ： 读 一 密码 校 验 、编程 模 式检 查 、数 据加 密 与解 密等 ，并 控 制对 Ｅ２Ｏ 为 非接 部分信号是电源信号 ，该信 号由卡的天线接收后 ，与其本身 的 Ｅ Ｐ Ｒ Ｍ的读 写操作 。 了防止卡片之间出现数据干扰 ， Ｌ Ｃ振荡电路产生谐振 ，产生一个瞬间能量来供给芯片工作 ； 另 触式 Ｉ ｃ卡具有 防冲突闭合机制 。当有 多张卡片进入读写器 的
CPU_卡技术-CH_4-非接触式_IC卡PPT课件
精选PPT课件
（3）数位的表示和编码
表示方式
时序D 时序E 时序F
调制深度 ASK（amplitude shift keying）： 50%；
以间隙Pause传送数据
精选PPT课件
信息的编码采用曼彻斯特编码。
信息的编码
逻辑“1”：时序D 逻辑“0”：时序E 通信开始：时序D 通信结束：时序F 无信息： 无副载波
精选PPT课件
5.3.3 信号接口 类型 Type A ； Type B ； 传输方向 PCD →PICC ； PICC→PCD；
精选PPT课件
1. 从PCD — PICC的信号（Type A）
（1）传输率 载波频率fc： 13.56MHz； 数据传输率：13.56MHZ/128=106Kbit/s；
精选PPT课件
5.4 初始化与防冲突 （14443-3）
ISO/IEC 14443 包括： PICC进入PCD场的转换过程，即登记； 在PCD与PICC之间进行通信的初始化阶段用的
字节格式、帧和时序； 初始化REQ和ATQ（命令和应答）的内容； 多张卡中检出1张卡并与之通信的方法； PCD与PICC进行初始化通信的其他参数； 加速从多卡中选出1张卡的可选方法。
（2）调制
调制深度 ASK（amplitude shift keying）： 100%；
以间隙Pause传送数据精选Leabharlann PT课件（3）数位的表示和编码
表示方式
时序X 时序Y 时序Z
信息的编码
逻辑“1”：时序X 逻辑“0”：时序Y
精选PPT课件
（3）数位的表示和编码 时序X
表示方式 时序Y 时序Z
非接触式ic卡的内部结构与工作原理及其应用
非接触式IC卡的内部结构与工作原理及其应用1. 引言非接触式IC卡是一种智能卡片，内部集成了芯片和天线，可以实现与读卡器的无线通信。
本文将介绍非接触式IC卡的内部结构、工作原理以及应用场景。
2. 内部结构非接触式IC卡的内部结构主要包括以下几个部分：2.1 芯片非接触式IC卡的核心是芯片，芯片内集成了存储器、处理器和通信接口等组件。
存储器用于存储卡片持有者的信息，处理器用于进行数据处理和运算，通信接口用于与读卡器进行通信。
2.2 天线非接触式IC卡的天线位于卡片的表面，用于接收和发送无线信号。
当卡片靠近读卡器时，读卡器会发出电磁场信号，卡片的天线接收到信号后将其转换成电流供芯片使用。
同时，芯片生成的电流也会通过天线发送给读卡器。
2.3 外壳非接触式IC卡的外壳通常由塑料材料制成，用于保护芯片和天线。
外壳的设计可以根据具体应用需求进行调整，例如可以加入防水、防尘等功能。
3. 工作原理非接触式IC卡的工作原理可以概括为以下几个步骤：3.1 电磁感应当非接触式IC卡靠近读卡器时，读卡器会发出一个电磁场信号。
这个信号会激活卡片内的天线，并通过电磁感应的原理将信号转换成电流供芯片使用。
3.2 通信一旦芯片获取到电流，它将开始与读卡器进行通信。
通信的方式可以是单向或双向的，取决于具体的应用需求。
在通信过程中，芯片可以向读卡器发送数据，同时也可以接收读卡器发送的数据。
3.3 数据处理与存储芯片内的处理器会对收到的数据进行处理和运算，并将结果存储到内部的存储器中。
这些数据可以是卡片持有者的个人信息、账户余额等。
3.4 安全验证非接触式IC卡通常会有一套安全验证机制，用于确保卡片的合法性和数据的安全性。
这些机制可以包括密码验证、加密解密操作等。
4. 应用场景非接触式IC卡由于其便捷、安全的特点，广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的应用场景：4.1 门禁系统非接触式IC卡可以用于门禁系统，取代传统的磁卡或钥匙。
持卡人只需将卡片靠近读卡器，即可完成身份验证，方便快捷。
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非接触式IC卡系统构成
非接触式IC卡：数据载体，应答器
非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器， 寻呼器
数据
非接触式IC卡 读写器
时序 能量
非接触式IC卡
耦合元件 （线圈、微波天线）
非接触式IC卡的基本构成
非接触式IC 卡：芯片+天线+卡基
耦合元件
芯片
外壳
非接触式IC卡读写器的构成
高频模块（发送器和接收器）、 控制单元 耦合元件（天线）
I-CODE（电子标签）卡—— PHILIPS I-Code、上海贝岭 BL75R02
SONY Felica卡——香港八达通、深圳通
中国二代身份证
目前125KHz的产品主要包括：
技术指标 EM 4100/4102标准卡
4001感应式ID厚卡
8803感应式ID厚卡
包（公交收费、食堂收费、高速公路收费、停车
场收费）、身份认证等场合，接触式IC卡越来越
明显的暴露出其弊端：
•容易磨损 •操作速度慢 •使用不方便
什么是非接触式IC卡？ Contactless ICC
非接触式IC卡是在卡中敷设天线，利用天线的接 收发射，与读写器的天线交换信号，实现一种无 线通讯，非接触式IC卡又被称为射频卡（RFC— —Radio Frequency Card），简称RF卡，非接触 式 IC 卡 系 统 被 称 为 射 频 识 别 系 统 （ RFID—— Radio Frequency Identification）。
注释：ICC——集成电路卡 CICC——Close-Coupled ICC，紧密（密耦合）卡； PICC——Proximity ICC，称为接近（近耦合）卡； VICC——Vicinity ICC，称为邻近（疏耦合）卡。 CD ——Coupling Device，是读写器中发射电磁波的部分
ISO/IEC14443国际标准
目前13.56MHz的产品主要包括：
ISO14443TypeA卡——Mifare 1 S50卡、Ultra Light卡 LEGIC Type A 卡、上海公交卡即华虹IC卡、复旦微电子 Type A 卡
ISO14443TypeB卡——ATMEL RF020
ISO15693（电子标签）卡——PHILIPS I-Code2、TI Tag-it标签
现阶段ISO/IEC 14443（草案）主要有两个体系并存： ISO/IEC14443-Type A、ISO/IEC14443-TypeB。
➢ TypeA：以PHILIPS公司为代表，包括SIEMENS、 HITACHI、GEMPLUS、G&D和Schlumberger等公司
➢ TypeB：以ST（意法半导体）、MOTOROLA、 ATMEL、韩国SAMSUNG和日本的NEC等公司为代 表。
UHF(860960 MHz ) 多个频段
2.45GHz和 13.56MHz
电子产品代码(EPC)、 电子标签规范和互操 作性、识读器-电子标 签通信协议、中间件 软件系统接口等
识别卡与身份识别
ISO/IEC14443 自动识别 ISO/IEC15693
ISO/IEC18000
电子标签超微芯片
部分规格
非接触式IC卡的特点
可靠性高、寿命长。
非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接 触读写而产生的各种故障。非接触式ID卡表面无裸露的芯 片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲、损坏等问题， 既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性。
操作快捷便利。 动态处理。 成本较高。
非接触式IC卡的分类
ISO/IEC18000国际标准
18000-1：物理层 18000-2：低于135KHz通信的空中接口的参数； 18000-3：在13.56MHz通信的空中接口的参数； 18000-4：在2.45GHz通信的空中接口的参数； 18000-5：5.8GHz通信的空中接口的参数； 18000-6：860-960MHz通信的空中接口的参数； 18000-7：433MHz通信的空中接口的参数；
非接触式IC卡技术
电子与信息工程学院
提纲
非接触式IC卡概述
• 系统构成/分类/国际标准
非接触式IC卡工作原理
• 能量传递/信息传递/防冲突
非接触式IC卡芯片技术
• MIFARE 1
非接触式IC卡接口技术
• MIFARE 1
为什么要使用非接触式IC卡?
在频繁操作的场合，如门禁、考勤、小额电子钱
IC 卡 CICC PICC VICC
读写器 CCD PCD VCD
国际标准 ISO/IEC10536 ISO/IEC14443 ISO/IEC15693
读写距离 密耦合（0~1cm） 近耦合（7~10cm） 疏耦合（<1m）
工作频率 0~30MHz <135kHz,6.75MHz,13.56MHz, 27.125MHz
按片内IC：存储卡、逻辑加密卡、CPU卡 按工作距离：密耦合卡、近耦合和疏耦合卡 按工作频率的高低 ：125kHz的低频卡（30
kHz ~300 kHz），13.56MHz的高频或射频卡 （3MHz~30 MHz），915MHz、2.45GHz的超 高频卡（300MHz ~3GHz）、5.8GHz的微波 卡（>3GHz）。 按卡内芯片供电方式：卡内带电池的有源卡和 卡内无电池、由读写器以无线感应方式供电的 无源卡 按使用过程中的读写方式：只读卡（ID卡）和 读写卡 （带EEPROM）
EM ID厚卡
EM ID薄卡பைடு நூலகம்
PHILIPS MIFARE 1卡
TI （德州仪器） Tag-it电子标签
手表卡与钥匙扣卡
不同频段射频卡的特点
特点 工作频率 数据传输 读写距离 读写区域
频段
速率
低频 125~134K
慢
适中(<1m) 较为均匀
Hz
高频 13.56MHz 较快 适中(<1m) 较为均匀
超高频 860~960M 快 Hz
远(<10m) 很难定义
非接触式IC卡的国际标准
标准组织
阵营
频段
技术规范
EPCglobal
全球产品电子代码 管理中心
ISO/IEC
国际标准组织/国 际电工委员会
UID
泛在技术核心组织
欧美企业
沃尔玛、思科、敦 豪快递、麦德龙和 吉列等
全球非盈利 工业标准组 织
日本电子厂 商、IT企业