1. The tiny chip that powers Montreal subway tickets (www.righto.com)
蒙特利尔地铁票内置微型芯片技术解析
蒙特利尔地铁票(Métro)采用一次性纸质票,其核心是一枚基于NFC(近场通信)技术的微型芯片(型号为MIFARE Ultralight EV1)。该芯片无需电池,通过与闸机读卡器的磁场交互获取能量并交换数据,整个通信过程仅需35毫秒。
物理结构与尺寸
芯片尺寸仅为570µm × 485µm(约盐粒大小),厚度75-120µm,嵌在票卡内部的薄塑料片中。票卡表面的金色智能卡触点实为印刷图案,并无实际功能。芯片通过四个金色焊盘与铝箔天线连接,天线设计包含对角线桥接以形成闭环回路。
核心功能与数据存储
- 基本功能:向读卡器提供数据块,验证票卡有效性。
- 存储系统:配备48字节或108字节的EEPROM存储器,用于保存票务数据。
- 安全机制:
- 包含唯一7字节序列号(UID),并带有防伪签名。
- 支持密码保护的内存访问和页面锁定,但密码传输未加密,安全性有限。
- 计数器:内置三个24位单向计数器,仅支持递增操作,可限定使用次数。
- 数据通信:采用负载调制技术回传数据,通过切换天线负载(电容或电阻)改变能量吸收,产生848kHz副载波,实现106kbps传输速率。
芯片架构与制造工艺
- 制程工艺:采用180纳米CMOS工艺,虽属较旧技术(2012年发布时已是成熟工艺),但足以满足需求,且成本更低。
- 电路设计:
- 数字逻辑部分采用标准单元库设计,包含约8000个门电路和45000个晶体管。
- 推测未集成微控制器,而是通过硬件状态机和计数器实现协议。
- 功能模块:
- 射频接口电路负责信号转换和供电。
- 电荷泵电路为EEPROM提供10-20V写入电压。
- 模拟电路完成信号解调和负载调制。
- 防冲突机制:支持多卡同时读取时的智能防冲突算法。
成本与生产模式
芯片以晶圆形式销售,单颗成本约9美分。一张8英寸晶圆可切割约10万颗芯片,售价9000美元。制造商将芯片装配到天线基板并印刷成票卡,总成本极低,适合一次性使用场景。