RFID是无线射频识别（Radio Frequency Identification）的缩写，这是一种非接触的自动识别技术，一般由标签Tag、阅读器Reader和天线Antenna三部分所组成。RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取有关数据，无需人工干预，可工作于各种恶劣环境，并能同时识别多个卡。RFID读写器与射频标签之间是无线通信，从无线通信方式及能量感应方式看主要为电感耦合和反向散射耦合两种，一般频率低多采用电感耦合。RFID技术最初应用于军事领域，目的是识别陆地、海上、空中的目标，1937年美国海军研究实验室开发了敌我识别系统，以便将盟军飞机和敌方飞机区别开来，这种技术后来发展成现代空中交通管制的基础，是早期RFID技术的萌芽。早期系统组件昂贵且庞大，随着电子技术的发展，到20世纪60年代已然浮现商用产品，大多数都用在物品监控，保证仓库、图书馆等物品的安全，最初只是1比特标签系统。到上世纪70年代，制造、运输、仓管等行业都在研究和开发基于集成电路的RFID系统，用于工业自动化、动物识别、农产品跟踪等。上世纪90年代开始，道路电子收费系统得到普遍应用，集成了支付功能。多个领域和多家公司开始关注系统之间的互操作性，实现频率和通信协议的标准化问题。

  ① 按作用距离分类：根据读写器与标签/应答器作用距离，可分为密耦合、遥耦合和远距离3种系统，密耦合作用距离0~1cm，使用中常常要将标签放置在读写器天线MHz以下，这个方式电磁耦合泄露小，耦合获得的能量大，适合安全性要求比较高的场合；遥耦合又分为15cm的近耦合与到1m的疏耦合，工作频率一般为13.56MHz，也有6.75MHz、27.125MHz等；远距离作用约为1~10m，还可以更远，典型工作频率915MHz、2.45GHz、5.8GHz等，包括无源应答器和带电池的有源应答器。电池一般并不为应答器和读写器之间的数据传输提供能量，而只是为芯片提供能量以储存数据。② 按供电方式分类：按供电方式分为有源卡和无源卡，有源卡内有电池提供电源，作用距离较远，识别运动目标能力强，但需要定期更换电池。无源卡内部无电池，利用电波供电技术将接收到的射频能量转化为直流电为卡内电路供电，但作用距离近。③ 按载波频率分类：按载波频率分为低频、高频、超高频，低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，大多数都用在短距离、低成本的应用中，如门禁、校园卡、动物监管、货物跟踪。高频射频卡主要为13.56MHz。超高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等，应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，在高速收费等系统中应用。④ 按工作方式分类：按工作方式可分为主动式和被动式，主动式射频卡用自身的射频能量主动发数据给读写器，大多数都用在有障碍物的应用中，距离较远，可达30m。被动式射频卡利用调制散射方式发送数据，必须利用读写器的载波来调制自己的信号，适用于门禁或交通应用中。⑤ 按芯片分类：按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。

  ① 低频125~134kHz：RFID技术首先在无源低频得到普遍应用和推广，通过读写线圈和识别卡内部的线圈之间的电磁耦合方式来进行工作，读写器的交变电磁场在识别卡天线中感应出电压，被整流后作为识别卡供电电源。低频工作频段一般为120~134kHz，一般会用134.2kHz，波长大约为2500m，需要绕制线圈。低频能够穿过除金属材料外的任意材料物品而不降低读取距离，在全世界内没有一点特殊的许可限制，但价格较高，数据传输速率比较慢。② 高频13.56MHz：高频能够最终靠印刷方式制作天线，识别卡一般是负载调制方式工作，也是通过识别卡的负载电阻的接通和断开使读写器天线上的电压发生明显的变化，实现远距离识别卡对天线电压的振幅调制。高频13.56MHz，波长大约为22m，该频率能穿过金属材料外的大部分材料，但会降低读取距离，识别卡需要离开金属一段距离。该频段在全球都得到认可，系统具有数据防冲突特性，可以同时读取多个识别卡，可以把某些数据信息写入识别卡中，数据传输较快，价格不是很贵。读写器向标签发固定频率的电磁波，卡内有LC谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。在电磁波激励下，LC谐振电路产生谐振，从而使电容内有了电荷，在电容的另一端接一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，所积累的电荷达到2V时就可当作电源为其他电路提供能量，将卡片数据发射出去或接收读写器的数据。高频段目前有全球统一的13.56MHz工作频率，是目前实际应用最多且技术最成熟的射频标签技术，国际标准有ISO/IEC 14443A/B、ISO/IEC 15693（兼容于ISO/IEC 18000-3的mode1）、ISO/IEC 18000-3、EPC C1 HF（兼容于ISO/IEC 15693）、Ubiquitous ID。③ 超高频860~960MHz：超高频系统通过电场来传输能量，电场能量下降不是很快，读取距离比较远，无源可达10m左右。高频段在全球的定义不太相同，欧洲及部分亚洲为868MHz，北美为902~905MHz，日本为950~956MHz，波长大约为30cm。该频段输出功率，美国定为4W，欧洲定为0.5W。超高频电波易受水、尘、雾等悬浮颗粒的散射，很多材料都不易通过，但超高频识别卡不需要与金属分开。超高频天线有线极化和圆极化两种设计，有较高的数据传输速率，在很短时间内可以读取大量的识别卡。相应的国际标准有ISO/IEC 18000-6A/6B/6C、EPC globe C0/CIG1/CIG2(已并入ISO/IEC 18000-6C)、日本的Ubiquitous ID、IPICO IP-X。

  其中，L为电感量，单位nH；A为天线匝周长，单位cm；D为导线直径，单位cm。

  其中，H是磁场强度，I是电流强度，N为匝数，R为天线半径，x为作用距离。

  在xR情况下，磁场强度的上升平缓，较大的天线在较远的距离x>

  R处呈现较高的磁场强度。

  当发射天线的距离x为常数情况下，改变天线半径，能够获得最大的磁场强度，也即对应作用距离存在一个最佳的天线半径。如果天线半径过小，磁场强度以z的三次方比例缩减，而天线处磁场强度很小。

  上面公式对R求导，根据零点得到函数最大值：R=1.414x，也即发射天线最佳半径对应于最大期望距离的两倍。近场条件是xλ/2π。

  低频LF(Low Frequency)频段的工作频率范围为30~300kHz，典型的工作频率有125kHz和133kHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从读卡器耦合线圈的辐射近场中获得，标签与读卡器之间传送数据时，低频标签需要位于读卡器天线辐射的近场区内，读取距离正常的情况下小于1m。低频标签的优点是，标签靠近金属或液体物品上时，标签受到的影响比较小，低频系统非常成熟，读/写设备价格低；缺点是读取距离短，无法一起进行多标签读取，信息流较低，一般存储容量在128~512位之间。低频标签典型应用有动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗等。因为谐振频率低，标签需要制作电感值很大的绕线电感，并常常需要封装片外谐振电容，因此低频标签成本比其他频段高，但节省能量，穿透金属物体能力强，工作频率不受无线电频率管制的约束，最适合用于含水分较高的物体，如水果等。ISO/IEC18000-2对低频识别RFID进行了一些规范，除此之外，还包括如下标准：·ISO/IEC11784：动物的射频识别--代码结构·ISO/IEC11785：动物的射频识别--技术标准·ISO/IEC14223-1：动物的射频识别--空气接口·ISO/IEC14223-2：动物的射频识别--协议定义标准中没有对标签样式尺寸加以规定，因此能设计成适合于所涉及动物的各种各样的形式，如玻璃管状、耳标或项圈等。

  ISO/IEC11785标准规定了电子标签的数据传输方式和读写器规范，制定标准的目的是使用不相同制造商的电子标签可使用一个共同的读写器，读写器能够识别和区分使用全双工/半双工系统的电子标签和使用时序系统的电子标签。⑴ 全双工/半双工系统：全双工/半双工系统电子标签通过场得到电源，并立即传输存储的数据。因为不需要副载波的负载调制过程，同时数据表示差分双相代码DBP，把读写器频率除以32即可得到位率，当频率为133.2kHz时，传输速率为4194bps。全双工/半双工系统数据报文包括11位的起始域（头标）、64位（8字节）有用数据、16位（2字节）CRC及24位（3字节）终止域（尾标）。每传输8位后，插入一个逻辑“1”电平的填充位，以便防止头标为“”的情况。在给定传输速率情况下，传输128位大约需要30.5ms。⑵ 时序系统：每50ms后，场暂停3ms。时序电子标签事先已经通过场充入了能量，在场暂停后大约1~2ms开始传输所存储的数据。电子标签2FSK调制、NRZ编码，把发送频率除以16就能够获得比特率，逻辑0对应基频133.2kHz，逻辑1对应123.2kHz。时序数据报文包括起始域01111110b、64位（8字节）有用数据、16位（2字节）CRC及24位（3字节）终止域，没有填充位。在给定传输速率情况下，传输112位最多需要13.5ms。CRC部分为8字节的校验，计算例程：POLYNOMIAL=33800;PRESET_VALUE=0;crc_value=PRESET_VALUE;for(i=0;i8;i++){crc_value=crc_value^buf\[i\];for(j=0;j8;j++){if((crc_value & 0x01)==0x01){crc_value=(crc_value/2)^POLYNOMIAL;}else{crc_value=(crc_value/2);}}}

  LF频段属于近耦合系统，标签和读卡器的芯片较多，标签有只读型和读写型，只读型较为常见，特殊应用中使用读写型。

  LP标签芯片主要有台湾4001卡、瑞士H4001卡、EM4100，都是125kHz工作频率，有64位激光可编程ROM，使用曼彻斯特编码，位数据传输周期512us。数据结构：

  数据由5个区组成，9个引导位、10个行偶校验位P0~P9、4个列偶检验位PC0~PC3、40个数据位D00~D93、1个停止位。9个引导位是出厂时就掩膜在芯片内，其值为“111111111”。输出数据时，首先输出9个引导位，然后是10组由4位数据和一个偶校验位组成的数据串，其次是4个列偶检验位，最后是停止位“0”。其中，D00~D13是一个8位的版本号或ID识别码；D20~D93是8组32位的芯片信息，即卡号。

  每当64个信息传输完毕，只要ID卡仍在读卡器工作区域内，将再次按照顺序发送64位信息，如此重复，直至ID卡退出读卡器的有效工作区为止。

  只读芯片有瑞士微电uEM的EM4100/EM4102，存储容量64bit，工作频率100~150kHz，ISO标准卡规格，读写距离4.15cm，芯片内集成74pF谐振电容和储能电容，只需一个外部天线线圈就能轻松实现相关功能，可用于身份识别、考勤系统、门禁系统、财物标识等，与TK4100、CK4100、EM4001完全兼容。

  读写芯片有EM Microelectronics的EM4205/4305，512位EEPROM，按16×32位分布，32位UID，使用32位口令读写保护，可使EEPROM进入只读状态，支持8、16、32、64个RF时钟数据传输率，频率范围100~150kHz，片内提供210/250/330pF谐振电容，支持双相编码和曼彻斯特编码，用于动物识别、废料管理、工业物流管理等。

  NXP公司的HITAG S分为256和2048两种卡，工作频率100~150kHz，内有210pF谐振电容，数据率2/4/8kbps，具有快速防碰撞协议，3.2秒内可追踪100个标签，单标签扫描时间约6ms，可用于动物识别、家畜、资产追踪、门禁管理、考勤系统、滑雪票务、电子钥匙、赌场管理、图书管理、航空行李管理等。

  高频HF(High Frequency)频段范围1~400MHz，常见的为13.56MHz，通常用无源标签，与LF频段一样使用电感耦合方式从读写器线圈获得能量，一般传输距离小于1m。高频卡靠近金属或液体物品上时受到的影响较小，技术很成熟，价格实惠公道。比LF频段传输速率高，具有防数据碰撞能力，传输数据量大。

  射频工作频率13.56MHz±7kHz，最小未调制工作场的值为1.5A/m，最大未调制工作场的值为7.5A/m，读写器设备应能产生上述两值之间的场，测试方法在ISO/IEC10373中规定。有Type A和Type B两种数据传输方式，读写器必需同时支持两种，而标签只要选择其中一种。Type A方式，读写器使用100% ASK，使用同步改进的Miller编码，使用帧起始和帧结束实现位同步，波特率106kbps；标签用ASK调制847kHz的副载波，使用Manchester编码，1位的帧同步，波特率106kbps。Type B方式，读写器使用10% ASK（8~12%），NRZ编码，每个字节有一个起始位和一个结束位，波特率106kbps；标签用PSK调制847kHz副载波，使用NRZ编码，每个字节有1个起始位和一个结束位，106kbps。可见，使用10% ASK的Type B方式，标签可以从读写器获得持续能量，采用BPSK方式抗干扰能力更强。而使用100% ASK的Type A方式，会出现无能量传输状态，需要内部电容来维持，通信必需达到一定的速率，否则会复位。

  工作频率13.56MHz±7kHz，最小工作场强0.15A/m，最大工作场强5A/m，采用ASK调制，调制度有10%和100%两种，由读写器决定，标签要能解调两种调制度。数据编码采用脉冲位置方式，有256选1和4选1两种，读写器选择采用哪种，在SOF时告知标签，标签要支持两种格式。256选1格式，槽的位置在连续256个时间周期的某一处，时间周期为188.88us(256/fc)，数据率1.65kbps(fc/8192)；4选1格式，脉冲位置一次决定2位，连续4个形成一个字节，数据率26.84kbps(fc/512)。

  数据以SOF开头，以EOF结尾，两种格式的EOF相同，都是37.76us高电平--9.44us低电平--9.44us的高电平序列，但SOF格式不同。256选1格式的SOF，由9.44us低电平--37.36+37.76us的高电平--9.44us低电平的序列组成，而4选1格式SOF，由9.44us低电平--37.76+9.44us高电平--9.44us低电平--37.76us的高低电平转换序列组成。

  标签有断点、就绪、选择、静默4种状态，能够正常的使用一种副载波或两种副载波。使用一种副载波时，副载波频率fc/32

  (423.75kHz)脉冲)；EOF包括3部分，一个逻辑0(开始是8个fc/32

  (484.28kHz)。使用两种副载波时，它们之间的相位应连续。逻辑0，开始是8个fc/32

  (423.75kHz)脉冲，一个逻辑1；EOF包括3部分，一个逻辑0，24个fc/32

  上述为高速率格式，对于低速率使用，使用相同的副载波，但脉冲数量和时间应乘以4。

  标签使用唯一的64位标识号UID标定，包括固定部分E0、8位IC制造商码和由IC制造商商定的48位唯一序列号：

  在读卡器和标签之间防冲突和一对一交换期间，UID用来定位每个唯一的特别的标签。UID应永久存在且由IC制造商进行设定。

  ·IC制造商序列号为8bit，根据ISO/IEC 7816-6: 1996/Amd.1

  ISO15693标准中规定，假定物理内存以固定大小的块（页）出现，达到256个块可被寻找，块大小可到256位（32字节），也即最大内存容量256blocks*256bits，即64kbits，使用CRC校验。标准中的指令集按块读写，每个地址后带4字节存储空间。读/写时间主要由数据率、要读写的位数决定，其中写的时间还受存储器编程时间决定。

  ISO15693协议电子标签为了区分不一样的行业的标签，用一个字节AFI(Application Family Identifier)来区分，其中高半字节表示主要行业，低半字节表示细分行业，AFI=00H表示所有行业。并不强制要求电子标签支持AFI，是否支持是可选的，如果不支持AFI，在收到Inventory指令后不应答；如果支持AFI，则只有收到AFI与标签存储的AFI一致才应答。

  ISO标准规定了一个字节的可选的数据存储格式识别符DSFID，用来区分标签中不同的数据存储格式。如果标签支持DSFID，在清点命令中标签将返回一个非零的DSFID，不支持将以0应答。

  当附近耦合设备VCD(Vicinity Coupling Device)寻址模式标志为1时，发送一次请求，请求中包含附近式卡VICC

  (Vicinity Integrated Ciucuit Card)的UID，任何VICC在收到寻找标志为1的请求后，将收到的UID与自身的UID比较，如果匹配，VICC将执行相应的操作并向VCD发送一个响应；如果不匹配，VICC不做任何响应。

  RFID系统发送的数据包就是一次响应，一次响应的数据包在一帧内，帧分隔符SOF和EOF，一帧中传输位个数是8的整数倍，即整个字节。一个单字节域在传输过程中首先传输最低有效位LSBit，而多个字节域在传输过程中首先传输最低有效字节LSByte，每个字节首先传输最低有效位LSBit。每次请求包括的域有标志、强制和可选的参数域，取决于命令、应用数据和CRC校验码。

  当读写器模块VCD同时读到多个卡片的VICC时，需要利用读写器和标签之间的无线信道进行数据交换，并区分多个标签之间的数据来源和归属。在slot为16情况下，在一次典型的防冲撞序列中，VCD发送一次请求，在一帧内由EOF结束，VCD发送一次EOF表示接通到下一个slot，slot序号从0开始。

  当发出寻卡指令时，读卡器需要把Nb_slots_flag设置为所需要的值，加在指令区表征码长度和表征码值之后。表征码的长度表示表征码值重要位的数目，当使用16slot时可以是0~60之间的数，当使用一个slot时可取0~63之间的数。

  LSB最先送出，表征码值包含在整数个字节中。如果表征码值不是8的整数倍，那么最高位补上所需的空位时表征码值包含于整数个字节中。寻卡指令格式：

  ·在收到一个有效请求后，标签获取收到的Mask值及长度信息，按数据长度填充不足

  ·标签收到EOF后，slot计数器自动加1，并把计数器的值连同Mask一起加载到比较器

  ·加载后的结果与标签自身的UID最低位数作比较，如果匹配则根据附加条件给出应答

  MIFARE卡：是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量最大的一种兼具读写的智能卡，由NXP提供IC及有关技术，用于13.56MHz频段，标准读卡距离2.5~10cm，完成一次读写仅需0.1s，并有快速防冲突机制可有很大效果预防标签卡之间的数据干扰。实际上，MIFARE卡仅具备记忆功能，必须搭配处理器卡才能拥有读写功能。MIFARE卡包括多个类别，MF0、MF1、MF2、MF3，存储容量可达8KB。

  微波RFID采用电磁辐射方式工作，读写器与电子标签之间的距离较远，典型值1~10m，典型工作频率433.92MHz、862~928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，标签比较小，典型数据容量1kb、128b、64b等，一般低于2kb，典型应用包括车辆识别、电子身份证、仓储物流、电子闭锁防盗等。

  ISO/IEC18000-6标准已经定义了Type A、B、C、D等4种类型的协议，并还在扩充中。

  标准规定，读写器需要同时支持Type A和B，并能够在两种类型之间切换；标签至少支持一种类型。

  基于读写器先发言，读写器命令与电子标签的应答之间交替发送，整个通信中数据信号定义为0、1、SOF、EOF等4种信号。

  读写器到电子标签，发送数据采用ASK，调制度30%±3%，数据采用脉冲宽度编码，通过定义下降沿之间的不同宽度来表示不同的数据信号。

  电子标签到读写器，通过反向散射给读写器传输信息，数据速率40kbps，数据采用双相间隔码，在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑。如果电平从位窗的起始处翻转则表示逻辑1，电平除了在位窗起始处翻转外还在位窗中间翻转则表示0。

  读写器到标签，采用ASK调制，调制度为11%或99%，位速率10kbps或40kbps。数据使用曼彻斯特编码，射频场存在表示1，射频场不存在表示0，曼彻斯特编码在一个位窗内下降沿的电平变化表示1，上升沿的电平变化表示0。

  电子标签到读写器，通过调制入射并反向散射给读写器传输信息，数据率40kbps，编码与Type A相同。

  开始的静默Quiet为时间至少300us的无调制载波，SOF为帧开始标志，在发送完EOF帧结束标志后，读写器必须持续维持一段时间的稳定载波来提供电子标签应答的能量。其中命令部分格式为：

  RFU位保留作为协议的扩展，命令码长度6bit，命令标志长度4bit，使用CRC16或CRC5取决于命令的位数，可在不同长度的命令中分别采取了不同位数的CRC编码。命令标志使用4bit数据，用来规定电子标签的工作和数据段的有效性，其中1位定义命令是否使用在防冲突过程中，其他3位根据不一样的情况有不同的定义。

  电子标签64位的唯一识别码，高8位定义为E0，然后是8位IC制造商码和48位唯一序列号，只有获取系统信息命令才返回完整UID

  40位标识符，包括8位IC制造商和UID的低32位作为UID的子集，被用于冲突识别过程中的绝大部分命令和应答

  Type A寻址最多可达256block，每个block最多包含256bit容量，所以整个电子标签存储容量最多可达64kbit，即8kbytes。

  电子标签应在无电或电源不足情况下保持其状态至少300us，特别是当电子标签处于静默状态时，电子标签一定要保持该状态至少2s，能够正常的使用复位命令退出该状态。

  电子标签从读写器接收到一个帧结束EOF后，需要等到帧结束EOF的下降沿开始计时的一段时间后才开始应答，等待时间依据时隙延迟标志确定，一般在150us以上。

  读写器对于特定一个电子标签的回答，必须在各特定的时间窗口里发送，这一段时间从电子标签的最后一个传输位结束后的第2和第3位的边界开始，持续2.75个电子标签位。读写器在发送命令前，至少3位内不得调制载波，读写器在电子标签最后一个传输位结束后的第4位内发送命令帧的第一个下降沿。

  帧头探测段是一个至少持续400us的稳定无调制载波，相当于16位数据时间；帧头是9位曼彻斯特0，NRZ格式就是101；分隔符用来区分帧头和有效数据，定义了5种，常常使用第1种5位分隔符1100111010；命令和参数段没有明确定义，CRC采用16位CRC校验。

  静默就是电子标签持续2字节的反向散射，对40kbps速率相当于400us维持的时间；返回帧头是一个16bit数据00-00-01-01-01-01-01-01-01-01-00-01-10-11-00-01；CRC采用CRC16。

  电子标签包括一个唯一独立的UID号；还包含8位的标志段，低4位分别表示4个标志，高4位保留，通常为0；64位LIID包含50位的独立串号，12位的Foundry code和2位的校验和。

  电子标签通过一个8位地址区寻址，共可以寻址256个块，每个块包含1字节数据，整个存储区可以最多保存2kbit数据，256bytes。存储区0~17块被保留存储系统信息。18块以上存储区用作电子标签中普通的应用数据存储区。

  每个数据字节包含响应的锁定位，能够最终靠lock命令将该锁定位锁定，通过query lock命令读取锁定位的状态。电子标签的锁定位不允许被复位。

  电子标签向存储区写数据的操作，读写器需要向电子标签提供至少15us的稳定无调制载波。在写操作结束后，读写器需要发送10个01信号。

  在读写器的命令之间发生频率跳变时，或者读写器的命令和电子标签的应答之间发生跳变时，在跳变结束后也需要读写器发送10个01信号。

  电子标签使用反向调制回发数据给读写器，在回发过程中读写器必须向电子标签提供稳定的能量，同时检测电子标签的应答。