文章目录前言一、引言二、定义三、PICC与PCD的初始交互四、功率传输五、信号接口六、通信信号接口 TypeA一、PCD 到 PICC 的通信二、PICC 到 PCD 的通信七、通信信号接口 TypeB一、PCD 到 PICC 的通信二、PICC 到 PCD 的通信八、PICC 最小耦合区域九、参考资料前言ISO/IEC 14443是国际标准定义13.56 MHz、近距离0–10cm非接触 IC 卡PICC与读写器PCD的通信规范即NFC底层协议广泛用于公交卡、门禁、银联闪付、手机Pay等。本文介绍14443-2的内容该规范描述射频功能与信号接口为近距离耦合设备PCD和近距离卡PICC之间提供供电和双向通信所需的场的性质和特性。一、引言ISO 14443-2 是近距非接触式卡Proximity Card, PICC与读卡器Proximity Coupling Device, PCD之间的射频功能与信号接口规范。它定义了功率传输方式通信信号接口两种类型Type A 和 Type B调制方式、编码方式、数据速率等。二、定义Bit duration位持续时间定义逻辑状态的时间段在该时间段结束时新的一位开始。Modulation Index调制指数定义为 [a-b]/[ab]其中 a 和 b 分别是信号的峰值和最小信号幅度。NRZ-L非归零L表示电平一种位编码方法在位持续时间内逻辑状态由通信介质的两种定义物理状态之一表示。Subcarrier副载波通过用频率 fs 调制载波频率 fc 产生的射频信号。ASK幅移键控 Amplitude shift keying用载波幅度的高低来表示二进制 1/0。BPSK二进制相移键控 Binary phase shift keying相移键控的一种其中相移为 180°产生两种相位状态的可能性。PCD近距耦合设备 Proximity coupling devicePICC近距离卡 Proximity cardRF射频 Radio frequencyfc工作场频率载波频率Frequency of operating field (carrier frequency)fs副载波调制频率 Frequency of subcarrier modulation三、PICC与PCD的初始交互PCD 和 PICC 之间的初始交互应通过以下连续操作进行激活 PICCPCD 发出射频场给卡片供电并激活。卡片静默等待PICC 上电后保持静默只监听不主动发数据。PCD 下发命令读写器发送第一条指令如寻卡。PICC 返回响应卡片收到命令后回送应答数据。整个初始对话必须使用后续章节定义的射频功能与信号接口载波、调制、编码等。四、功率传输PCD 应产生一个激励射频场该场耦合到 PICC 以传输功率并且可被调制以进行通信。一、频率射频工作场的频率fc应为 13.56 MHz ± 7 kHz。二、工作场强最小未调制工作场强为 Hmin值为 1.5 A/m有效值。最大未调制工作场强为 Hmax值为 7.5 A/m有效值。PICC 应在 Hmin 和 Hmax 之间连续按预期工作。PCD 应在制造商指定的位置工作区域产生至少 Hmin 且不超过 Hmax 的场。此外PCD 应能够在制造商指定位置工作区域为任何单个参考 PICC在测试方法中定义供电。PCD 在任何可能的 PICC 位置产生的场不得高于 ISO/IEC 14443-1交变磁场中规定的值。PCD 工作场强的测试方法在 ISO/IEC 10373 中定义。五、信号接口14443里定义了两种通信信号接口TypeA和TypeB。PCD 在空闲时应交替使用调制方法直到检测到 Type A 或 Type B 类型的 PICC 存在。在一个通信会话期间只能激活一种通信信号接口直到 PCD 去激活或 PICC 移开。后续会话可以使用任一调制方法进行。如下图是TypeA和TypeB的调制区别Type APCD→PICC 为100% ASK、Modified Miller、106 kbit/sPICC→PCD 为OOK、Manchester、副载波 fc/16。Type BPCD→PICC 为10% ASK、NRZ‑L、106 kbit/sPICC→PCD 为BPSK、NRZ‑L、副载波 fc/16。其中106 kbit/s ≈ fc / 128128是分频系数即载波1秒钟振荡1356 万次传1个bit需要128个载波周期即每秒最多传约 10.6 万个二进制位bit。六、通信信号接口 TypeA一、PCD 到 PICC 的通信1、数据速率初始化和防冲突期间传输的数据比特率应为 fc/128约 106 kbit/s。2、调制PCD 和 PICC 之间的通信使用 ASK 100% 调制如下图通过一个Pause数据显示PCD 场的包络线须单调下降至初始值 H_INITIAL 的 5% 以下并在 t2 时间内保持低于 5%。该包络线须符合上图的规定。若 PCD 场的包络线非单调下降则局部峰值与其之前再次经过同一幅值点的时间间隔不得超过 0.5 μs。此要求仅适用于局部峰值大于 H_INITIAL 的 5% 的情况。过冲幅值须维持在 H_INITIAL 的 90%110% 范围内。PICC 须在场强超过 H_INITIAL 的 5% 之后、60% 之前检测到 Pause 结束信号。注仅支持单卡的系统无需遵守 t4 相关要求。3、位表示和编码定义了以下序列以上序列用于编码以下信息逻辑 1序列 X比特 64/fc 时长后出现暂停。逻辑 0序列 Y整比特无调制连续 0 从第二个起用序列 Z比特起始处暂停。帧起始序列 Z。帧结束逻辑 0 序列 Y。无信息至少 2 个序列 Y。二、PICC 到 PCD 的通信1、数据速率初始化和防冲突期间传输的数据比特率应为 fc/128约 106 kbit/s。2、负载调制PICC 应能够通过感应耦合区域与 PCD 通信在该区域中载波频率被加载以产生频率为 fs 的副载波。副载波应通过切换 PICC 中的负载产生。负载调制幅度在按照测试方法测量时至少应为 30 / H^1.2 mV峰值其中 H 是磁场强度有效值单位为 A/m。PICC 负载调制的测试方法在 ISO/IEC 10373 中定义。3、副载波副载波的频率 fs 应为 fc/16约 847 kHz。因此在初始化和防冲突期间一个位持续时间相当于 8 个副载波周期。4、副载波调制每个位周期相对于副载波以定义的相位关系开始。位周期以副载波的加载状态开始。5、位表示和编码位编码应为曼彻斯特编码定义如下逻辑 1 比特前半周期有副载波逻辑 0 后半周期有副载波帧起始 前半周期副载波帧结束 无副载波无信息 无副载波。七、通信信号接口 TypeB一、PCD 到 PICC 的通信1、数据速率初始化和防冲突期间传输的数据比特率标称为 fc/128约 106 kbit/s。容差和位边界在 ISO/IEC 14443-3 中定义。2、调制PCD 和 PICC 之间的通信通过射频工作场的 ASK 10% 幅度调制进行。调制指数最小为 8%最大为 14%。调制波形应符合下图。调制的上升沿和下降沿应为单调的。3、位表示和编码位编码格式应为 NRZ-L逻辑电平定义如下逻辑 “1”载波高场强无调制。逻辑 “0”载波低场强。二、PICC 到 PCD 的通信1、数据速率初始化和防冲突期间传输的数据比特率标称为 fc/128约 106 kbit/s。2、负载调制PICC 应能够通过感应耦合区域与 PCD 通信在该区域中激励场被加载以产生频率为 fs 的副载波。副载波应通过切换 PICC 中的负载产生。负载调制幅度在按照测试方法测量时至少应为 30 / H^1.2 mV峰值其中 H 是磁场强度有效值单位为 A/m。PICC 负载调制的测试方法在 ISO/IEC 10373 中定义。3、副载波副载波的频率 fs 应为 fc/16约 847 kHz。因此在初始化和防冲突期间一个位持续时间相当于 8 个副载波周期。PICC 仅在需要传输数据时产生副载波。4、副载波调制副载波应按 BPSK 调制。相位变化应仅在副载波的标称上升沿或下降沿位置发生。5、位表示和编码位编码应为 NRZ-L其中逻辑状态的变化通过副载波的 180° 相移表示。NRZ-L 在 PICC 帧开始时的初始逻辑电平应由以下序列建立在 PCD 发出任何命令后应有一个保护时间 TR0在此期间 PICC 不得产生副载波。TR0 应大于 64/fc。然后 PICC 应产生一个副载波在延迟 TR1 之前无相位变化以建立副载波相位参考 Ω0。TR1 应大于 80/fc副载波的初始相位状态 Ω0 应定义为逻辑 “1”因此第一个相位变化代表从逻辑 “1” 到逻辑 “0” 的变化。初始相位 逻辑 1相位翻转 逻辑 0。八、PICC 最小耦合区域PICC 耦合天线可以是任何形式和位置但必须包围下图中所示的区域。九、参考资料ISO 10536ISO 14443ISO 15693ISO 18092ISO 7810ISO 7811ISO 7812ISO 7813ISO 7816NFC Forum