IZ2824

IZ2824
КМОП БИС РАДИОЧАСТОТНОЙ МЕТКИ ТИПА MIFARE C ОБЪЕМОМ
ЭСППЗУ 320/1024 БАЙТ С ДИАПАЗОНОМ РАБОЧИХ ЧАСТОТ 13,56
МГЦ И ПРОТОКОЛОМ ОБМЕНА ISO14443A
(аналог MF1 IC S20 ф. NXP Semiconductors)
IZ2824 - КМОП БИС радиочастотной метки с объемом ЭСППЗУ 320/1024
байта и криптозащитой независимых приложений для многофункциональной
бесконтактной карты. Предназначена для использования в радиочастотных
метках с диапазоном рабочих частот 13,56 МГц и протоколом обмена ISO14443A.
Область применения микросхемы: системы контроля и ограничения доступа,
охранные сигнализации, системы регистрации и идентификации на транспорте и т.д.
Технология изготовления кристалла - КМОП технологический процесс с
ЭСППЗУ с 0,35 мкм проектной нормой.
Выполняемые функции.
- питание своей внутренней схемы путем выпрямления переменного
напряжения от внешней антенны, помещенной в электромагнитное поле, которое
представляет
собой
электромагнитные
колебания
с
частотой
13,56 МГц;
- ограничение внутреннего постоянного напряжения для предотвращения сбоя
в сильном электромагнитном поле;
- синхронизацию своей внутренней схемы путем выделения тактовых
синхроимпульсов из внешнего поля;
- хранение информации в памяти при отключенном напряжении питания;
- передачу данных амплитудной модуляцией, скорость обмена 106 Кбод;
- поддержку процедуры антиколлизии;
- защиту доступов к каждому сектору двумя индивидуальными секретными
ключами;
- аутентификацию отдельного сектора и последующую шифрацию канала
обмена.
Микросхема должна содержать внутреннюю резонансную емкость 16 пФ, 4-х
байтный уникальный серийный номер.
Обмен информацией осуществляется в соответствии с международным
стандартом ISO 14443 для карт типа А.
Таблица 1 – Назначение контактных площадок микросхемы
Номер
Обозначение
Назначение
контактной
площадки
кристалла
01
Coil1
Вход/выход подключения индуктивности
02
Coil2
Вход/выход подключения индуктивности
03
VCC
Вывод питания от источника напряжения
04
VI
05
GND
Тестовый выход
Общий вывод
1
IZ2824
Блок
антиколлизии
Coil1
Coil2
Блок
программирования
Блок
управления
Аналоговый
интерфейс
Блок
аутентификации
Арифметический блок
Блок
криптозащиты
ЭСППЗУ
320/1024
байта
Структурная схема
Предельные электрические режимы
Обозначение
параметра
UСС*
IIN
T
Наименование параметров
режима
Напряжение питания
Входной ток
Температурный диапазон
Норма
не
менее
- 0,3
–
- 60
не
более
–
30
125
Единица
измерения
В
мА
°C
Предельно-допустимые электрические режимы эксплуатации
Обозначение
параметра
UCC
II
FC
T
Наименование параметров
режима
Напряжение питания
Входной ток
Рабочая частота
Температурный диапазон
Норма
не менее
2,5
–
12,93
- 45
не
более
3,5
10
14,30
85
Единица
измерения
В
мА
МГц
°С
Электрические параметры микросхемы
Буквенное Наименование
Режим
обозначение
параметра
измерения
ICC
CRES
r
Ток
потребления
Резонансная
емкость
Дальность
считывания
UСС = 2,0
В
F = 13,56
МГц
F = 13,56
МГц
2
Норма
Температура Единица
не
не
измерения
среды, °С
менее более
–
100
25 ± 10;
мкА
14,4
22,0
-45; 85
пФ
2,5
–
25±10
см
IZ2824
Функциональное описание
Обмен информацией со считывающим устройством производится в
соответствии с международным стандартом на бесконтактные карты ISO 14443 тип
А.
Передача данных от считывающего устройства к карте осуществляется с
использованием принципа 100 % амплитудной модуляции радиочастотного поля,
формирующего "паузу" в следовании несущей частоты. Для представления бит
данных используется модифицированное кодирование Миллера.
Данные от считывающего устройства к карте передаются в виде команд,
состоящих из последовательности байт, в байтах младший бит следует первым,
старший бит - последним. Для обеспечения безошибочной передачи данных, каждый
байт данных следует с битом контроля четности, а команда, как правило
завершается
двумя
байтами
циклического
избыточного
кода
CRC,
представляющего собой контрольную сумму над всеми предыдущими байтами
команды. Образующий полином используемый для генерации циклического
избыточного кода имеет вид
x16 +x12 + x5 + 1. Карта при приеме команды
осуществляет контроль битов четности и циклического кода и в случае
несовпадения выдает сообщение об ошибке. Данные от карты к считывающему
устройству также передаются в байтах, с битами контроля четности в конце каждого
байта и циклическим избыточным кодом. Считывающее устройство проводит
контроль принятой информации.
Данные от карты к считывающему устройству передаются посредством
амплитудной модуляции несущей частоты.
Структура памяти
Микросхема содержит блок ЭСППЗУ, объемом 320/1024 байта, организацией в
5/16 секторов. В свою очередь каждый сектор состоит из четырех блоков. Блок
является
наименьшей
адресуемой
частью
и
состоит
из
16 байт. Нумерация секторов проводится от нулевого сектора до пятнадцатого.
Блоки в секторе нумеруются от нулевого блока до третьего. Третий блок отведен
под служебный блок сектора. В нем хранятся два секретных ключа аутентификации
и биты управления доступом к блокам сектора. Доступ к сектору для выполнения
операций с памятью возможен только после правильно выполненной команды
аутентификации.
Нулевой блок нулевого сектора является блоком изготовителя, в нем записан
уникальный номер микросхемы и
дополнительная информация изготовителя
микросхемы, блок доступен только по чтению.
Наличие отдельных защищенных областей памяти (секторов) позволяют
использовать карту одновременно в нескольких приложениях, и обеспечивают
возможность расширения области применения.
Система команд
Команды используемые считывающим устройством для управления обменом
данными с несколькими картами:
• ЗАПРОС КАРТЫ (REQA);
• ЗАПРОС ВСЕХ КАРТ (WAKE-UP);
3
IZ2824
• АНТИКОЛЛИЗИЯ (ANTICOLLISION);
• ВЫБОР КАРТЫ (SELECT);
• ОСТАНОВ (HALT).
Для обнаружения карт в поле считывающее устройство периодически посылает
команду ЗАПРОС КАРТЫ. При попадании карты в поле считывателя карта должна
принять команду ЗАПРОС КАРТЫ и выдать двухбайтный ответ на запрос. Если в
поле находится несколько карт, то они синхронно отвечают своими ответами на
запрос.
Считывающее устройство по ответу определяет тип карты.
После этого карта переходит к ожиданию приема следующей команды АНТИКОЛЛИЗИЯ. Данная команда позволяет выбрать для работы одну карту при
одновременном нахождении в зоне приема считывателя нескольких карт. В
процессе выполнения команды считыватель определяет уникальный номер карты, с
которой будет в дальнейшем продолжать работу.
После определения уникального номера карты считывающее устройство
посылает команду ВЫБОР КАРТЫ (SELECT), и только та карта, которая выбрана
этой командой, будет воспринимать все последующие команды.
Команда ОСТАНОВ (HALT) используется считывающим устройством для
перевода карт в состояние останова. В этом состоянии карты не реагируют на
другие команды, в том числе и на команду ЗАПРОС КАРТЫ.
Команда ЗАПРОС ВСЕХ КАРТ посылается считывателем для перевода карт,
которые находятся в состоянии останова в состояние готовности, после чего эти
карты могут участвовать в дальнейших процедурах антиколлизии и выборки. На
данную команду реагируют все карты, находящиеся в поле считывателя.
Состояние останова сохраняется до вывода карты из поля считывателя.
После того как карта выбрана командой ВЫБОР КАРТЫ, все последующие
команды будут восприниматься картой только после успешного выполнения
команды АУТЕНТИФИКАЦИЯ. Аутентификация проводится над одним сектором.
Наименьшей адресуемой частью сектора является блок, поэтому все
дальнейшие команды предназначены для работы с одним блоком. Основные
команды работы с блоком ЧТЕНИЕ БЛОКА (16 байт) и ЗАПИСЬ БЛОКА (16 байт).
Для возможности организации платежных приложений в микросхеме имеется
32-разрядное АЛУ и используются следующие команды:
•
ИНКРЕМЕНТ ЗНАЧЕНИЯ (INCREMENT);
•
ДЕКРЕМЕНТ ЗНАЧЕНИЯ (DECREMENT);
•
ЗАГРУЗКА ЗНАЧЕНИЯ (RESTORE);
•
СОХРАНЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ (TRANSFER).
В качестве ЗНАЧЕНИЯ используется 32-разрядное значение специально
сконфигурированного для этой цели блока. Для обеспечения достоверности,
значение хранится в блоке три раза: в прямом, инверсном, прямом виде. В
оставшейся части блока находится байт адреса, который хранится четыре раза: в
прямом, инверсном, прямом, инверсном виде.
Изначально конфигурация блока под платежное приложение осуществляется
командой ЗАПИСЬ БЛОКА.
Для завершения работы с картой используется команда ОСТАНОВ. После
этого считывающее устройство может приступить к обслуживанию других карт,
находящихся в поле, либо анализирует поле на предмет появления в нем новых
карт, периодически посылая команду ЗАПРОС КАРТЫ.
4
IZ2824
Список команд микросхемы
Название команды
Запрос карты
Запрос всех карт
Антиколлизия
Выбор карты
Аутентификация
Чтение блока
Запись блока
Загрузка счетчика
Увеличение счетчика
Уменьшение счетчика
Сохранение счетчика
Завершение работы
Сектор Блок
4(15)*
3
2
1
0
:
:
:
:
2
3
2
1
0
3
2
1
0
3
2
1
0
1
0
Нумерация байт в пределах блока
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Ключ А
Доступы
Ключ Б
Назначение
Трейлер**
Данные
Данные
Данные
:
:
Ключ А
Доступы
Ключ Б
Ключ А
Доступы
Ключ Б
Ключ А
Доступы
Ключ Б
* - 4(15) соответственно 320(1024) байт.
** Трейлер – блок для служебной информации.
Карта памяти микросхемы
5
Трейлер
Данные
Данные
Данные
Трейлер
Данные
Данные
Данные
Трейлер
Данные
Данные
Блок
изготовител
я
IZ2824
Параметры протокола обмена ISO14443 тип А
П оследни й б ит д анн ы х,
перед анны й ридером
T = 1 /1 3 ,5 6 М Гц= 7 3 ,7 5 нс
Н ачало перед ачи
отв ета карты
1236 T
128 T
256 T
128 T
Л ог."1"
Конец перед ачи
С тартовы й би т
1172 T
128 T
256 T
128 T
Л ог."0"
Конец перед ачи
С тартов ы й би т
Требования к длительности появления ответа карты на команду от
считывателя (для команд: запрос карты, запрос всех карт, антиколлизия,
выбор карты)
90%
60%
t
5%
5%
60%
90%
t2
t1
t3
Параметр
Условие, мкс
t1
t1 ≥ 2,5
t1 ≤ 2,5
-
t2
t3
t3
t4
t4
6
Норма, мкс
не менее
не более
2,0
3,0
0,5
t2
0,7
0
1,5
0
1,5
0
0,4
IZ2824
Параметры огибающей несущей частоты при передаче
от считывателя к карте
Стартовый
0
бит
Z
Z
1
1
0
0
1
0
0
X
X
Y
Z
X
Y
Z
Конец
передачи
Y
Y
Z – стартовый бит или «0» следует после «0», Х – бит логической «1»,
Y - «0» следует после «1», либо конец передачи, либо отсутствие данных.
Модифицированное кодирование Миллера при передаче
данных от считывателя к карте
Представление данных при передаче от карты к считывателю (модуляция
поднесущей частотой Fc/16)
7
IZ2824
Технологическая
маркировка
y
x
Координаты технологической маркировки 2824 (мм):
левый нижний угол х = 1,101, у =1,033.
Толщина кристалла (0,18 ± 0,02) мм.
Номер
контактной
площадки
01
02
03
04
05
Номер
вывода
корпуса
11
12
14
15
16
Координаты (левый нижний
угол), мм
Х
У
0,866
0,580
0,225
0,088
0,066
0,968
0,968
0,988
0,901
0,734
Размер
контактных
площадок по
слою
«Пассивация»,
мм
0,092 х 0,092
0,092 х 0,092
0,072 х 0,072
0,072 х 0,072
0,072 х 0,072
Внешний вид кристалла и координаты контактных площадок
8