XRA00射频识别（RFID）芯片的原理及应用

摘要：XRA00是意法半导体公司推出的一个甚高频（UHF）RFID存储器芯片，可用于设计感应式射频识别系统。文中介绍了XRA00射频识别芯片的基本工作原理，给出了它作为电子标签在消费品零售和行李搬运领域的典型应用。 关键词：射频识别（RFID）；甚高频（UHF）；XRA00；EPCglobal 1类规范 RFID（Radio Frequency IDentification）常被称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡等。一套完整的ＲＦＩＤ系统通常由Ｒｅａｄｅｒ（读卡器）和Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ（应答器）两部分组成。正常工作时，由Ｒｅａｄｅｒ发射一特定频率的无线电能量波给Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ，以驱动Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ电路并将内部的ＩＤ Ｃｏｄｅ送出，同时Ｒｅａｄ-ｅｒ接收此ＩＤ Ｃｏｄｅ。Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ的特殊之处在于无需电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，其晶片密码为世界唯一，无法复制，安全性高，寿命长。文中以意法半导体（ＳＴ）公司推出的甚高频ＲＦＩＤ存储器芯片ＸＲＡ００为例来介绍射频识别芯片的工作原理及应用。 １　XRA00的主要特点 ＸＲＡ００是一个工作在甚高频的用于射频识别的应答器或标签集成电路。该芯片具有以下特点： ●完全符合ＥＰＣｇｌｏｂａｌ １．０规范； ●采用８６８ＭＨｚ ＩＳＭ 频带和１５ＭＨｚ ＩＳＭ 频带甚高频载波频率； ●接收信号是异步脉宽调制(ＰＷＭ）脉冲编码的５０％到１００％幅度键控（ＡＳＫ）调制信号，应答为双相空间编码信号； ●内含带锁存的１２８位ＥＥＰＲＯＭ和９６位ｅＰＣ； ●具有库存、读取、编程和擦除功能； ●提供删除命令； ●采用标准３０ｍｓ编程时间； ●可循环擦写１００００次以上； ●数据可保存４０年以上。 ２　性能概述 ＸＲＡ００的逻辑框图如图１所示，其中ＡＣ０和ＡＣ１为天线连接点。和天线连接之后，ＸＲＡ００便可以从读卡器辐射的射频能量中获得工作所需的电源。如果需要，用户可通过ＸＲＡ００中的非易失性存储器为标签编程，ＸＲＡ００只有在接收到读卡器有效的正确命令之后才会对读卡器做出应答。 此外，ＡＲＸ００内部还有一个针对ＲＦＩＤ应用的噪声应用环境的快速防冲突协议，该协议完全符合自动识别中心１类甚高频规范。 ３ 工作过程 当ｅＰＣ信息写入之后，对ＥＥＰＲＯＭ中的锁存位进行编程可保护芯片中的数据。此时ＸＲＡ００即进入用户模式。在用户模式下，ＥＲＡＳＥＩＤ、 ＰＲＯＧＲＡＭ-ＭＥＩＤ和ＶＥＲＩＦＹＩＤ等命令通常未被激活，ＸＲＡ００只对防冲突命令做出响应。此时，ＸＲＡ００芯片支持ＳＣＲＯＬＬＩＤ、ＳＣＲＯＬＬＡＬＬＩＤ、ＰＩＮＧＩＤ、ＱＵＩＥＴ、ＴＡＬＫ、ＫＩＬＬ、ＥＲＡＳＥＩＤ、 ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＩＤ和ＶＥＲＩＦＹＩＤ等命令，每个命令的含义如表１所列。 表1 XRA00支持的命令 SCROLLID XRA00匹配数据，返回整个ID代码作为应答 SCROLLALLID XRA00不进行辨别，返回整个ID代码作为应答 PINGID 用于多XRA00时防冲突的情况，XRA00匹配数据并在特定的时间段做出响应 QUIET XRA00匹配数据，进入休眠状态，不再响应读卡器的命令，直到接收到Talk命令或失去电源能量 TALK XRA00匹配数据，进入工作状态，响应读卡器的命令 KILL XRA00永久删除存储器内ID代码和所有数据 ERASEID 擦除XRA00内部存储器内容 PROGRAMMEID 在没有锁存的状态下对XRA00内部存储器编程（一次16位） VERIFYID 校验XRA00存储器中的所有数据位，确保正确编程 在进行射频识别时，读卡器和ＸＲＡ００之间一般按照如下步骤进行对话：首先，读卡器辐射的甚高频工作场使ＸＲＡ００获得应答所需的电源能量，并使其进入激活状态，准备接收读卡器的命令；然后，读卡器发射包含命令的信号并等待ＸＲＡ００的应答；最后由ＸＲＡ００根据接收到的命令发射应答信号。这种工作方式被称为ＲＴＦ（Ｒｅａｄｅｒ Ｔａｌｋ Ｆｉｒｓｔ）。 ４　存储器映射 ＸＲＡ００内部的１２８位存储器共分八个块，每块１６位。ＸＲＡ００的内部存储器映射如图２所示。读取时每一位可以单独读取，写入则可按照每块１６位的方式写入。其中第一个存储器块用来存储ｅＰＣ规范定义的ＣＲＣ（循环冗余校验码），接下来六个块全都用来存储库存序列号中用到的９６位产品代码，最后一块由８位删除代码和８个锁存位公用，其中８个锁存位用于保护存储器里的数据。 ５　典型应用 ＲＦＩＤ可广泛应用于动物晶片、 汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。 ＸＲＡ００功能齐全、成本低廉，特别适用于消费品零售和行李搬运领域的物品跟踪。过去一直采用条形码的方式监控这些应用，而ｅＰＣ标签则可实现自动化的非视线阅读和唯一识别。 ＸＲＡ００为超长射程器件类芯片，从阅读器到芯片的操作距离长达１０米。ＸＲＡ００的这种甚高频技术十分适合美国市场的９０２－９２８ＭＨｚ频带和欧洲市场的８６６－８６８ＭＨｚ频带。此外，这款器件内的非易失性存储器还可以使用户能够在供应链的应用点来为标签进行编程，同时允许给一个特殊的物品分配一个专用代码，或者在标签通过系统时更改标签内的数据，其典型编程时间为３０ｍｓ。 ＸＲＡ００全面支持ＥＰＣｇｌｏｂａｌ Ｃｌａｓｓ １ｂ防冲突协议，由于多个标签常处于同一个阅读器射程范围内（如零售商业环境），因而在这种情况下就需要防冲突机制。ＸＲＡ００芯片提供的删除命令（通常叫做“隐私”命令）可在工作期结束（如当顾客离开商店时）时永久地禁用该器件。 ６ 结束语 成本低廉的ＲＦＩＤ ＩＣ特别适合大批量的电子条形码应用，ＸＲＡ００以其低廉的成本和强大的功能极有可能成为现在广泛使用的条形码的替代品。