ISO/IEC 14443協(xié)議淺談---TYPE A 與 TYPE B 之比較

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年02月19日

    一、非接觸IC卡簡(jiǎn)介

    非接觸IC卡又稱(chēng)射頻卡，是射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)有機結合的產(chǎn)物。它解決了無(wú)源（卡中無(wú)電源）和免接觸這一難題，具有更加方便、快捷的特點(diǎn)，廣泛用于電子支付、通道控制、公交收費、停車(chē)收費、食堂售飯、考勤和門(mén)禁等多種場(chǎng)合。

    非接觸IC卡與條碼卡、磁卡、接觸式IC卡比較具有高安全性、高可靠性、使用方便快捷。這主要是由其技術(shù)特點(diǎn)決定，在近距耦合應用中主要遵循的標準是ISO/IEC14443。

    二、 ISO/IEC 14443簡(jiǎn)介

    ISO/IEC14443規定了鄰近卡（PICC）的物理特性；需要供給能量的場(chǎng)的性質(zhì)與特征，以及鄰近耦合設備（PCDs）和鄰近卡（PICCs）之間的雙向通信；卡（PICCs）進(jìn)入鄰近耦合設備（PCDs)時(shí)的輪尋，通信初始化階段的字符格式，幀結構，時(shí)序信息；非接觸的半雙功的塊傳輸協(xié)議并定義了激活和停止協(xié)議的步驟。傳輸協(xié)議同時(shí)適用于TYPE A 和 TYPE B。

    TYPE A和TYPE B型卡片主要的區別在于載波調制深度及二進(jìn)制數的編碼方式和防沖突機制。

    1. 調制解調與編碼解碼技術(shù)

    根據信號發(fā)送和接收方式的不同，ISO/IEC14443-3定義了TYPEA、TYPEB兩種卡型。它們的不同主要在于載波的調制深度及二進(jìn)制數的編碼方式。

    從PCD向PICC傳送信號時(shí)，二者是通過(guò)13.56Mhz的射頻載波傳送信號。從PICC向PCD傳送信號時(shí)，二者均通過(guò)調制載波傳送信號,副載波頻率皆為847KHz。

  圖 1：TYEP A、B 接口的通信信號
    Type A型卡在讀寫(xiě)機上向卡傳送信號時(shí)，是通過(guò)13.65MHz的射頻載波傳送信號。其采用方案為同步、改進(jìn)的Miller編碼方式，通過(guò)100%ASK傳送；當卡向讀寫(xiě)機具傳送信號時(shí)，通過(guò)調制載波傳送信號。使用847kHz的副載波傳送Manchester編碼。簡(jiǎn)單說(shuō)，當表示信息“1”時(shí)，信號會(huì )有0.3 微妙的間隙，當表示信息“0”時(shí)，信號可能有間隙也可能沒(méi)有，與前后的信息有關(guān)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是信息區別明顯，受干擾的機會(huì )少，反應速度快，不容易誤操作；缺點(diǎn)是在需要持續不斷的提高能量到非接觸卡時(shí)，能量有可能會(huì )出現波動(dòng)。

    Type B型卡在讀寫(xiě)機具向卡傳送信號時(shí)，也是通過(guò)13.65MHz的射頻載波信號，但采用的是異步、NRZ編碼方式，通過(guò)用10%ASK傳送的方案；在卡向讀寫(xiě)機具傳送信號時(shí)，則是采用的BPSK編碼進(jìn)行調制。即信息“1”和信息“0”的區別在于信息“1”的信號幅度大，即信號強，信息“0”的信號幅度小，即信號弱。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是持續不斷的信號傳遞，不會(huì )出現能量波動(dòng)的情況；

    從PCD到PICC的通信信號接口主要區別在信號調制方面，TYPE A調制使用RF工作場(chǎng)的ASK100%調制原理來(lái)產(chǎn)生一個(gè)“暫停（pause）”狀態(tài)來(lái)進(jìn)行PCD和PICC間的通信。


  圖2 TYPE A 調制波形
    TYPE B調制使用RF工作場(chǎng)的ASK10%調幅來(lái)進(jìn)行PCD和PICC間的通信。 調制指數最小應為8%，最大應為14%。


  圖3 TYPE B 調制波形
    根據二者的設計方案不同，可看出，TYPE A 和 TYPE B有以下不同：

    ◆TYPE B接收信號時(shí)，不會(huì )因能量損失而使芯片內部邏輯及軟件工作停止。在NPAUSE到來(lái)，TYPE A的芯片得不到時(shí)鐘，而TYPE B用10％ASK，卡片可以從讀寫(xiě)器獲得持續的能量； TYPE B時(shí)容易穩壓，所以比較安全可靠。TYPE A卡采用100％調制方式，在調制發(fā)生時(shí)候無(wú)能量傳輸，僅僅靠卡片內部電容維持，所以卡片的通訊必須達到一定的速率，在電容電量耗完之前結束本次調制，否則卡片會(huì )復位。
    ◆負載波采用BPSK調制技術(shù)，TYPE B較TYPEA方案降低了6dB的信號燥聲，抗干擾能力更強。
    ◆外圍電路設計簡(jiǎn)單。讀寫(xiě)機具到卡及卡到讀寫(xiě)機具的編碼方式均采用NRZ方案，電路設計對稱(chēng)，設計時(shí)可使用簡(jiǎn)單的UARTS，TYPE B更容易實(shí)現。

    2、 防沖突機制

    ISO/IEC 14443-3規定了TYPEA，TYPEB 的防沖突機制。二者防沖突機制的原理完全不同。前者是基于BIT沖突檢測協(xié)議，后者則是通過(guò)字節、幀及命令完成防沖突。

    RFID的核心是防沖突技術(shù)，這也是和接觸式IC卡的主要區別。

    TYPE A PICC防沖突和通信使用標準幀用于數據交換，并按以下順序組成：

    ——通信開(kāi)始；
    ——n*（8個(gè)數據位+奇數奇偶校驗位），n≥1。每個(gè)字節的LSB首先被發(fā)送。每個(gè)字節后面跟隨一個(gè)奇數奇偶校驗位。奇偶校驗位P被設置，使在（b1到b8，P）中1s的數目為奇數；
    ——通信結束。

  圖4 TYPE A 標準幀
    TYPE A PICC的初始化和比特沖突檢測協(xié)議是當至少兩個(gè)PICC同時(shí)傳輸帶有一個(gè)或多個(gè)比特位置（該位置內至少有兩個(gè)PICC在傳輸補充值）的比特模式時(shí)，PCD會(huì )檢測到?jīng)_突。在這種情況下，比特模式合并，并且在整個(gè)（100%）位持續時(shí)間內載波以負載波進(jìn)行調制。

圖5 TYPE A PICC狀態(tài)圖
    TYPE B PICC防沖突和通信初始化期間使用的字節、幀和命令的格式。

    PICC和PCD之間的字節通過(guò)字符來(lái)發(fā)送和接收，在防沖突序列期間，字符的格式如下：

    ——1個(gè)邏輯“0”起始位；
    ——8個(gè)數據位發(fā)送，首先發(fā)送LSB；
    ——1個(gè)邏輯“1”停止位。

    用一個(gè)字符執行一個(gè)字節的發(fā)送需要10etu，如圖18示。


  圖6 TYPE B字符格式
    PCD和PICC按幀發(fā)送字符。幀通常用SOF（幀的起始）和EOF（幀的結束）定界。


  圖7 TYPE B幀格式
    在防沖突序列期間，可能發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的PICC同時(shí)響應：這就是沖突。命令集和允許PCD處理沖突序列以便及時(shí)分離PICC傳輸。

    在完成防沖突序列后，PICC通信將完全處于PCD的控制之下，每次只允許一個(gè)PICC通信。

    防沖突方案以時(shí)間槽的定義為基礎，要求PICC在時(shí)間槽內用最小標識數據進(jìn)行應答。時(shí)間槽數被參數化，范圍從1到某一整數。在每一個(gè)時(shí)間槽內，PICC響應的概率也是可控制的。在防沖突序列中，PICC僅被允許應答一次。從而，即便在PCD場(chǎng)中有多個(gè)卡，在一個(gè)時(shí)間槽內也僅有一個(gè)卡應答，并且PCD在這個(gè)時(shí)間槽內能捕獲標識數據。根據標識數據，PCD能夠與被標識的卡建立一個(gè)通信信道。

    防沖突序列允許選擇一個(gè)或多個(gè)PICC以便在任何時(shí)候進(jìn)行進(jìn)一步的通信。

  圖8 TYPE B PICC狀態(tài)圖
    從建立PCD與PICC（CPU卡）之間通信的方面來(lái)比較：

    TYPE A類(lèi)型卡片 需要的基本命令有：

    * REQA 對A型卡的請求 或（WAKE-UP 喚醒）
    * ANTICOLLISION 防沖突
    * SELECT 選擇命令
    * RATS 應答響應


  圖9 TYPE A PICC激活
    TYPE B類(lèi)型卡片 需要的基本命令有：

    * REQB 對B型卡的請求
    * ATTRIB PICC選擇命

    TYPE B PICC激活如圖8 所示

    從以上的比較可以看出：

    * TYPE B類(lèi)型卡片具有使用更少的命令，更快的響應速度來(lái)實(shí)現防沖突和選擇卡片的能力。
    * TYPEA的防沖突需要卡片上較高和較精確的時(shí)序，因此需要在卡和讀寫(xiě)器中分別加更多硬件，而TYPE B的防沖突更容易實(shí)現。

    目前TYPE A和TYPEB 孰優(yōu)孰劣尚在爭議中。TYPE A的產(chǎn)品(Mifare卡)具有更高的市場(chǎng)普及率；但是TYPE B應該在安全性、高速率和適應性方面有更好的前景，代表產(chǎn)品如二代身份證。