浅谈无线智能IC卡

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时下,一种方便实用的无线智能IC卡悄然在市场流行。该卡无需与验证主机进行任何接触,只需将智能卡在距主机50mm~1m(视其读卡主机不同而分为多种档次)的空间范围内出示,主机就能对智能卡以无线电波的方式进行用户数据访问、鉴别和确认。

这种非接触信息交换方式,不仅大大方便了人们的操作使用,而且利用了系统双向传输特性以及智能IC卡的能量转换机能,使得卡片内的IC芯片无需电池供电,依靠在读卡机发射天线附近感应到的足够的电磁波能量,即可激活卡片使之无源工作。例如某职员胸前佩带有某公司登记注册的职员卡,在进出公司门口时,大门会魔术般地自动打开。与此同时,主机将启动人事档案管理终端(视主机配套功能而定)自动进行记录。整个处理过程均不需职员手动操作或人为干涉,只要持卡人从读卡机天线覆盖的区域经过,即可自动完成检测认证过程。因此,人们又戏称这种智能IC卡为“魔术”卡。


功能特点:
无线智能IC卡,广泛应用在自动化电子电器、防盗、保安等领域。例如家庭防盗门控、机动车防盗、身份验证、单位考勤、食堂管理、车场管理、会员管理等场合。它具有如下功能特点:①高可靠性。无线IC卡置于强电磁场中工作,抗干扰能力强,且无接触磨损及接触不良故障。②高耐用性。IC卡表面无裸露芯片或电极,不用担心内部IC电路静电击穿、弯曲损坏。③使用方便。只需在距读卡机天线有效范围内出示卡片不到0.1s时间,即可完成与读卡机的信息交换。④速度快。每张卡在有效空间内被读取的时间少于1ms,经主机认证登录的全过程时间亦小于100ms。⑤兼容性强。一卡可供多系统使用,例如上下班考勤、食堂就餐、居家门控等一卡通。⑥加密性好。芯片内设40bit用户资料,9bit标题,14bit校验和1bit停止位。用户序列号在多达百亿组内是唯一的。⑦款式多样。可以做成挂在胸前的“形象卡”,放置于手袋、钱包内的“名片卡”,联在钥匙上的“匙扣卡”,粘贴于物体上使用的“隐形卡”等,但较为通用的还是标准型的“名片卡”。


使用分类:
根据无线智能IC卡应用场合的不同,外观款式也不尽相同。按种类可分为无源卡和有源卡,见表1。无源卡的操控距离一般在50mm到1m,有源卡的操控距离可达10~100m,具体作用距离由与其配合的读卡机型而定。

图1
图1 🔍原图 (535×199)

按尺寸大小可分为形象卡、会员卡、标准名片卡、小名片卡、圆形钱币卡、异形卡等数10种,见表2。卡片的面积越大,内部用来收/发信息的天线线圈尺寸也越大,相对作用灵敏度也就越高。因此,在刷卡距离较远时,应选择大面积卡片。相反,如作用距离为次要,而要求卡片尺寸较小便于隐蔽时,可选用小面积钱币卡或者更小型的隐蔽卡;若要方便挂于腰带使用时,可选择能卡入像片的肖像卡或者匙扣卡。另外还有载在手腕上的多功能手表报时卡;挂于胸前既作IC卡钥匙功能又作装饰的鸳鸯卡;置于动物耳内作标记识别的微型子弹卡等。

图2
图2 🔍原图 (1137×182)

原理结构:
无线IC卡虽然品种繁多,内部结构却大致相同,都是由一个天线线圈、谐振电容和IC芯片组成,见图1。芯片内部原理框图见图2。

图3
图3 🔍原图 (283×213)
图4
图4 🔍原图 (567×325)

无线IC卡芯片能正常启动工作的电压通常在2~3V,工作电流在1~2μA。芯片的供电,是依靠其接收天线置于读卡机发射的125kHz电磁场区域内,产生高频感生电压,再经芯片内整流、储能和限压处理后向芯片提供工作能源。一旦芯片得电激活,即刻调用用户卡内的主要数据信息,经调制载波后,将已调制信息由IC卡片内收发天线线圈回传给读卡主机,完成用户卡数据的读取和传输。

图3(a)是达华电子厂配套生产的RF01读卡模块外形及引脚功能,图3(b)是该模块内部结构框图。使用时,只需在4-5端接入配套的收发天线,在2-1端接入5V、电流大于300mA的直流稳压电源。当无线智能IC卡靠近读卡模块天线线圈(通常为5~15cm)时,模块③端即串行输出IC卡的用户数据码,用示波器可以观察到该数据波形为64bit的编码脉冲。

图5
图5 🔍原图 (425×785)

由读卡模块读取的IC卡数据,可以传送给专为特定功能编程应用的单片机,也可以经数据格式变换后,输入PC机进行功能更强大的操作与处理。图4即为无线智能IC卡与读卡主机的应用结构框图。

图7
图7 🔍原图 (567×400)

(蔡凡弟)