RFID

RFID专题:20 芯片构造、分区、TID

2022-03-01 13:48:52 明申科技 426

4.1 标签芯片技术

超高频RFID标签基本构成的三个要素中最重要的是芯片,它决定了这个标签的功能和主要性能,同样芯片也是设计最复杂技术难度最高的部分。

4.3.1 标签芯片构造

标签芯片主要由三部分组成:数字部分,模拟部分和存储部分,如图4-28所示。其中数字部分的作用为:协议处理、逻辑处理、全局运算控制处理等,第3章内容中所有与协议相关的功能都由数字部分处理。模拟部分的作用是:电源管理、调制解调、主频时钟,其中电源管理部分把接收到的射频电磁波整流成为直流电给整个标签芯片供电,主频时钟为数字部分和存储部分提供系统的震荡时钟,调制解调完成标签与阅读器通信的信号处理工作。存储部分为EPC、TID、User等区的存储区,现在的常用存储器为NVM(非易失性存储器)或者EEPROM,一般存储大小为几百比特。


image.png


图4-28标签芯片电路结构图

通过图4-29的标签结构框图,可以更明确的了解三部分之间的关系。最左边是模拟射频接口部分(Analog RF interface),天线连接在模拟部分上,其中有4个主要器件:整流器(Rectifier),起前端整流作用;基准电压(Vreg),为整个系统提供稳定电压;解调器(Demodulator);调制器(Modulator)。中间部分为数字控制部分(Digital Control),其功能为防冲突算法(Anti-collision);读写操作(Read Write Control);访问控制(Access Control);射频接口控制(RF Interface Control),数字部分与模拟部分进行数据通信,并控制存储部分的读写操作。最右边的是EEPROM存储器(存储部分),其内部有一个电荷泵升压电路(Charge Pump),为写标签时提供高电压。


image.png


图4-29标签芯片内部结构框图

现在的标签芯片出厂形式为晶元盘,英文名Wafer,一般一盘Wafer包含芯片几万颗到几十万颗不等,如图4-30所示为NXP Ucode7晶元盘上的标签芯片位置图。在图中可以看到芯片在晶元盘内只是占有非常小的一块面积,也可以说一个晶元盘上有十几万同样的标签芯片。通过对图中注释的分析,可知:芯片的尺寸460μm×505μm;芯片的四个凸点的位置以及尺寸为60μm×60μm;RF1和RF2凸点是连接天线的,而TP1和TP2两个凸点只是起支撑作用。


image.png


图4-30 NXP Ucode7 晶元盘布局图

4.3.2 芯片的存储分区及操作命令

超高频RFID的标签芯片需要符合EPC C1Gen2标准(简称Gen2 协议),也就是说所有的超高频RFID标签芯片内部存储结构大致一样。如图4-31所示,标签芯片的存储区分为四个区(Bank)分别是Bank 0保留区(Reserved)、Bank 1电子编码区(EPC)、Bank 2 厂商编码区(TID)、Bank 3 用户区(User)。


image.png


图4-31标签芯片存储区结构图

其中Bank 0 保留区又称密码区,内部有两组32比特密码,分别是访问密码(Access Password)和灭活密码(Kill Password),灭活密码俗称杀死密码。当使用锁定命令后,需要通过访问密码才可以对芯片的一些区域进行读写。当需要杀死芯片的时候,通过杀死密码可以将芯片彻底杀死。

Bank 1为电子编码区,是大家最熟悉的EPC区。根据Gen2协议,最先获得标签的信息是EPC信息,之后才能访问其他存储区进行访问。EPC区分为三个部分:

CRC16校验部分共16比特,通信时负责校验阅读器获得的EPC是否正确。

PC部分(Protocol Control)共16比特,控制EPC的长度,其前5比特的二进制数乘以16为EPC长度,如96比特EPC时的PC=3000,其前5个比特为00110,对应十进制为6,乘以16为96Bit。根据协议要求,PC可以等于0000到F100,相当于EPC的长度为0、32比特、64比特直到496比特。但是一般情况下超高频RFID应用中EPC的长度在64比特到496比特之间,也就是说PC值在2800到F100之间。在平时的应用中经常有人搞不清楚EPC中PC的作用,会卡在EPC长度的设置上从而带来很多麻烦。

EPC部分,这部分才是最终用户从应用层获得的芯片电子编码。

Bank 2为厂商编码区,每颗芯片都有自己的唯一编码。4.3.3节中会重点介绍。

Bank 3为用户存储区,该存储区根据协议规定最小空间为0,但是多数芯片为了方便客户应用,增加了用户存储空间,最常见的存储空间为128比特或512比特。

在了解了标签的存储区之后,需要进一步了解Gen2的几个操作命令即读(Read)、写(Write)、锁(Lock)、杀(Kill)。Gen2的命令很简单,操作命令只有4个,且标签的存储区状态只有两种:锁定、未锁定。

因为读写命令都与数据区是否锁定相关,我们先从锁命令讲起。锁命令对四个存储区共有4个分解命令分别是锁定(Lock)、解锁(Unlock)、永久锁定(Permanent Lock)、永久解锁(Permanent Unlock),只要访问密码非全0即可进行锁定命令。对应四个区的操作如表3-1所示。

表3-1锁定命令与存储区


保留区

EPC区

TID区

用户区

锁定

可以

可以

已经永久锁定

可以

解锁

可以

可以

已经永久锁定

可以

永久锁定

可以

可以

已经永久锁定

可以

永久解锁

可以

可以

已经永久锁定

可以

读命令,顾名思义就是读取存储区的数据,如果存储区被锁定,可以通过Access命令以及访问密码对该数据区进行访问,具体读取操作如表3-2所示。

表3-2读命令与存储区


保留区锁定

保留区

未锁定

EPC区

锁定

EPC区

未锁定

TID区

用户区

锁定

用户区

未锁定

有访问密码

可以

X

永久可读

永久可读

永久可读

可以

X

无访问密码

不可以

可以

永久可读

永久可读

永久可读

不可以

可以

写命令,与读命令类似,如果存储区未锁定,可以直接操作,如果存储区已经被锁定需要通过Access命令以及访问密码对该数据区进行访问具体读取操作如表3-3所示。

表3-3写命令与存储区


保留区锁定

保留区

未锁定

EPC区

锁定

EPC区

未锁定

TID区

用户区

锁定

用户区

未锁定

有访问密码

可以

X

可以

X

不可改写

可以

X

无访问密码

不可以

可以

不可以

可以

不可改写

不可以

可以

杀死命令是一条终结芯片生命的命令,一旦芯片被杀死就再也不能起死回生了,这不像锁定命令还可以解锁。只要保留区被锁定且杀死密码非全0,则可以启动杀死命令。一般情况下杀死命令极少使用,只有在一些涉密或涉及隐私的应用中才会把芯片杀死。如果你想在芯片被杀死后再来溯源获得这个芯片的TID号码,只能通过解剖芯片的方法,解剖芯片花销巨大,所以在平时应用中尽量不要启动杀死命令。同样在项目里也要防止别人搞破坏,最好的方法是把保留区锁定,并保护好访问密码。

4.3.3 厂商编码TID

厂商编码(TID)是芯片最重要的标识,是伴随其生命周期的唯一可靠代码。在这一串数字中隐藏着很多密码。如图4-32所示为一颗H3芯片的TID:E20034120614141100734886,其中:

E2字段代表芯片类型,所有的超高频RFID标签芯片的标签类型都为E2;

003字段为厂商代码,03代表美国意联科技Alien Technology;厂商代码的首字段可以为8或0,如Impinj的厂商代编码一般为E2801开头。

412字段代表芯片类型Higgs-3;

后面的64比特为芯片的串号,64比特能代表的数字大小为2的64次方。已经是一个天文数字了,可以把地球上的每一粒沙子都编上号,所以大家不用担心出现重号的问题。


image.png


图4-32 H3芯片TID

早期的时候一些厂商的唯一编码为32比特,其实已经够用了,但是为了体现物联网的数据量,现在主流的芯片厂商的唯一识别编码的长度都升级为64比特。

为了方便各位读者了解现在所有的厂商以及芯片型号,表3-4统计了全球所有超高频RFID芯片的厂商代码(数据更新截至2020年4月13日),读者在遇到新的芯片时可以直接查表。

表3-4全球TID厂商代码

芯片公司

厂商编码

芯片公司

厂商编码

Impinj

01

ORIDAO

20

Texas Instruments

02

Maintag

21

Alien Technology

03

Yangzhou Daoyuan Microelectronics Co. Ltd

22

Intelleflex

04

Gate Elektronik

23

Atmel

05

RFMicron, Inc.

24

NXP Semiconductors

06

RST-Invent LLC

25

ST Microelectronics

07

Crystone Technology

26

EP Microelectronics

08

Shanghai Fudan Microelectronics Group

27

Motorola

09

Farsens

28

Sentech Snd Bhd

0A

Giesecke & Devrient GmbH

29

EM Microelectronics

0B

AWID

2A

Renesas Technology Corp.

0C

Unitec Semicondutores S/A

2B

Mstar

0D

Q-Free ASA

2C

Tyco International

0E

Valid S.A.

2D

Quanray Electronics

0F

Fraunhofer IPMS

2E

Fujitsu

10

ams AG

2F

LSIS

11

Angstrem JSC

30

CAEN RFID srl

12

Honeywell

31

Productivity Engineering GmbH

13

Huada Semiconductor Co. Ltd (HDSC)

32

Federal Electric Corp.

14

Lapis Semiconductor Co., Ltd.

33

ON Semiconductor

15

PJSC Mikron

34

Ramtron

16

Hangzhou Landa Microelectronics Co., Ltd.

35

Tego

17

Nanjing NARI Micro-Electronic Technology

36

Ceitec S.A.

18

Southwest Integrated Circuit Design Co., Ltd.

37

CPA Wernher von Braun

19

Silictec

38

TransCore

1A

Nation RFID

39

Nationz

1B

Asygn

3A

Invengo

1C

Suzhou HCTech Technology Co., Ltd.

3B

Kiloway

1D

AXEM Technology

3C

Longjing Microelectronics Co. Ltd.

1E

Guangzhou Syschip Technology Co., Ltd

3D

Chipus Microelectronics

1F

MaxWave Microelectronics Ltd.

3E



IDRO Co., Ltd

3F

根据表3-4,全球共有63家公司申请了超高频RFID芯片厂商代码,其中不乏一些中国的企业,如坤锐、复旦、国民技术、远望谷等超过10家企业,说明我国在超高频RFID方面投入了很大的精力,并在核心芯片技术上努力奋斗着。这张表格也在不断更新,相信会有更多的厂商加入到超高频RFID芯片的行业中。


首页
产品
新闻
联系