13.56MHz讀寫卡工作原理
我們在生活中常常遇到刷卡這件事，比如上公交刷公交卡、上地鐵刷地鐵卡、出門在外住酒店時，也有一張小小的房卡用于刷卡開門。那么這個刷卡的原理到底是怎樣的呢？這就要提到射頻識別（RFID）技術了。
一、什么是射頻識別技術
射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，是一種利用射頻通信技術實現的非接觸式自動識別技術。相對于傳統的條形碼、磁卡等接觸式識別技術，射頻識別技術可實現非可視、多目標識別，具有防水、防磁、壽命長、容量大、無機械損耗、信息可加密、內容可更改等優點。如今RFID 技術已經廣泛應用于人們的日常生活，最常見的如公共交通、門禁管理、二代身份證、公共食品藥品衛生管理等。如圖1所示都是我們平常經常看到的一些非接觸式卡，這些都是RFID技術的運用。
圖1 生活中常見的非接觸式卡
二、RFID讀寫卡原理
RFID讀寫卡工作頻率范圍為10~15MHz，通常工作選用的頻率為13.56MHz。讀寫器和電子標簽的工作次序通常有兩種時序：一種是讀寫器先發言（RTF,Reader Talk First）：另一種是標簽先發言（TTF，Tag Talk First）。RTF方式：電子標簽只有接收到讀寫器特殊命令才發送數據。TTF方式：電子標簽進入讀寫器的能量場主動發送自身系列號。TTF方式的射頻標簽具有識別速度快等特點，適用于需要高速應用的場合。另外，TTF方式在噪聲環境中更穩健，在處理標簽數量動態變化的場合也更為實用，因此，更適于工業環境的跟蹤和追蹤應用。
RFID天線系統包括讀寫器天線和標簽天線，即一個讀寫卡系統包含兩個部分：非接觸式射頻卡（PICC）和閱讀器（PCD），其中PICC也叫射頻存儲應答器。他們之間交換數據是通過ISO/IEC 14443 TYPE A和TYPE B接口來進行的。下面分別簡述二者的工作原理。
三、非接觸式射頻卡工作原理
非接觸式射頻卡由時鐘提取、分頻鏈、序列電路、密勒碼產生器、整流器、調制器、電源管理、存儲器幾個部分組成，如圖2所示。
圖2 非接觸式射頻卡內部電路框圖
電子標簽與讀寫器采用電感耦合方式進行能量傳遞與通信。讀寫器的天線線圈產生高頻強電磁場，磁場穿過線圈的橫截面和線圈周圍空間，使得靠近讀寫器天線線圈的標簽天線在交變磁場中產生感應電壓。整流電路將耦合的射頻（13.56MHz）信號進行整流并經濾波電容C2平滑后，電源管理電路將在電源電壓達到內部電路工作電壓時激活卡內電路， 13.56MHz信號被分頻鏈電路分頻，可產生通訊所需的時鐘，此時鐘即是數據傳送的波特率。如果希望將分頻系數定為 128、256、1024、2048、4096或8192，則需預先選定。存儲在ROM中的信息（64位）經讀出后，可通過Miller碼產生器產生Miller碼，同時可用該Miller碼進行負載調制，并將存儲信息送出。
三、讀卡器工作原理
讀卡器由發送和接收兩個部分組成，下面分別簡述這兩個部分的工作原理。
1.發送：射頻RF信號從PCD基站芯片的引腳TX1和TX2輸出，可以直接驅動天線線圈。調制信號及TX1,TX2輸出的射頻信號類型（已調或無調制載波）相位關系均可由PCD基站芯片相應的寄存器控制。
2.接收：通過天線接收來自非接觸式卡的調制載波信號，載波解調采用正交解調電路，正交解調所需的I和Q時鐘（兩者相差為90°）可在PCD基站芯片內產生。解調后由所得副載波調制信號經過放大，濾波等相關電路，判決電路進行副載波解調，其中放大電路的增益可由PCD基站芯片的相應寄存器的設置來控制。
四、讀卡器與非接觸式卡之間的交互過程
PCD發送REQUEST命令給所有在天線場范圍內的非接觸式卡，通過防碰撞循環，得到一個卡的序列號，選擇此卡進行鑒別認證，通過后對存儲卡進行操作，如圖3所示。
圖3 PCD和PICC之間交互過程
PCD用隨機數、卡的序列號和密鑰進行加密，采用三次認證過程，如圖4所示。
圖4 PCD和PICC認證過程
A.B發送隨機數RB.；
B.A發送TokenAB到B；
C.B接收到報文TokenAB后，對加密部分進行解密，并驗證標識符B和隨機數RB的正確性，驗證在A發送到B的RB與包含在TokenAB中的隨機數是否一致；
D.B發送TokenBA到A；
E.A接收到報文TokenBA后，對加密部分進行解密，并檢查隨機數的一致性。
