具有标准适应计数器递增的RFID标签IC以及RFID通信系统的制作方法

具有标准适应计数器递增的rfid标签ic以及rfid通信系统
技术领域
1.本公开涉及具有nfc接口、存储计数器值的非易失性存储器和处理单元的rfid标签ic。另外，本公开涉及包括rfid ic标签和另外的rfid装置的rfid通信系统。另外，本公开涉及操作通信系统的方法。因此本公开可涉及rfid和nfc通信的技术领域。


背景技术：

2.近场通信(nfc)广泛用于包括例如智能手机和包括射频标识(rfid)的类似装置的多种应用中，以通过使这些装置彼此接触在一起或使这些装置极为接近，例如在例如数厘米或英寸的短距离内，来建立这些装置与彼此的无线电通信。应用包括非接触式事务、数据交换和例如wi-fi或蓝牙等更复杂通信的简化设置等。各种其它类型的通信应用包括例如启用nfc的移动电话的rfid装置与例如被称为“标签”的nfc芯片的另一rfid装置之间的通信应用。涉及例如智能卡和rfid标签等标识产品的应用中的一些应用用于例如交通(例如，票务、道路收费、行李标示)、财务(例如，借记卡和信用卡、电子钱包、商户卡)、通信(例如，用于gsm电话的sim卡)和跟踪(例如，出入控制、库存管理、资产跟踪)等行业。
3.国际标准iso/iec 14443是用于非接触式智能卡和相关联的通信协议的行业标准。iso 15693是另一相关nfc论坛标准(具体地说关于标签类型5)。标准兼容产品提供用于在卡或标签与读取器装置之间传输数据的rf-通信技术。例如，在用于公共交通的电子票务中，受益于售票方式改进的便利性和速度，旅行者可在十字转门或入口点将智能卡在读取器上方扫过。此类产品对于个人流动性可为重要的，并且可支持例如道路收费、图书馆、公共交通和出入控制等多种应用。
4.具体地说，例如rfid标签的小型nfc装置可以通用可行方式应用用于多种应用。例如，rfid标签可附接到海报(所谓的智能海报)且用户可通过建立rfid读取器装置与rfid标签(rfid标签ic)之间的nfc接触使链接直接跟在海报的提供者的网站之后。许多其它应用也是可能的，其中用户使用他/她自己的rfid装置(例如移动电话)接近小型rfid标签，并从较小的rfid标签请求服务。由此，rfid标签可接收对服务的请求(例如，通到网站的链接)并且例如作为ndef消息经由到rfid移动电话的nfc连接提供所述链接。
5.例如附接到智能海报的rfid标签(ic)通常包括作为简单处理单元的计数器，所述计数器记录已从rfid标签请求服务的次数。此信息可尤其与服务提供者相关，以便判断服务是否经济。此外，所述服务的用户也可关注这一信息以便判断其他人是否也使用所述服务，其中大量所请求服务可指示质量标准。另外，计数器可用于检测欺诈，例如未经授权的标签副本。例如，如果未经授权的副本的计数器包括与原始标签相同的计数器值，则很可能发生欺诈事件。
6.符合t2t标准(标签类型2，基于iso 14443)或t4t标准(标签类型4，也基于iso 14443)的一些启用nfc的rfid标签自动地对已被读取的次数进行计数。例如rfid读取器基础设施然后可使用这一数字来创建使用统计数据或跟踪标签的历史记录，以有助于检测欺诈。最先进的t2t或t4t可将此计数器值存储在具有备份管理的存储器中。进行这一操作以
确保当更新(递增)计数器值期间rfid标签从对应高频率(hf)电磁场去耦(移除)时，计数器值不会丢失。此更新通常需要几毫秒，且在来自rfid装置的读取命令与来自rfid标签的响应之间的时间内进行，大约需要5ms。
7.图3示出了耦合到nfc移动装置的hf场的nfc标签的常规例子。nfc读取器将读取命令发送到nfc标签。在nfc标签响应之前，存在约20ms的时隙。此时隙对于更新计数器值来说可能绰绰有余。
8.t5t标准nfc标签(标签类型5，基于iso 15693)在技术和经济上都在提升且可提供优势，例如更高的读取范围、更小的形状因数和额外的物流可用性。然而，t5t标准规范仅允许rfid装置的读取命令与rfid标签的响应之间存在0.3ms的时间。因此，在此时隙中不再可能更新(递增)计数器值。因此，t5t提供的时间不足以在读取命令与响应之间的时间内利用备份管理递增计数器值。对于不允许在读取命令/答复消息期间对非易失性标签存储器进行编程/擦除步骤(用于递增计数器值)的其它rfid标准，情况可能也是如此。


技术实现要素：

9.可能需要提供一种rfid标签ic，其中即使应用具有短时隙的标准，计数器值也可以有效且稳定的方式递增。
10.提供了根据独立权利要求的rfid标签ic、rfid通信系统、智能产品和操作rfid通信系统的方法。
11.根据本公开的一方面，描述了一种rfid标签(ic)，包括：
12.i)nfc接口，其被配置成
13.a)当与高频(hf)场耦合时(例如，当接通或进入hf场时)，启动通电(开始)，并且
14.b)从rfid装置(例如，nfc电话或rfid读取器)接收读取命令，
15.ii)非易失性存储器，其中非易失性存储器被配置成存储计数器值，以及
16.iii)处理单元，其被配置成
17.a)当与hf场耦合时，递增(更新)计数器值，
18.b)当递增成功时设置递增标志(例如，非易失性位)(且当递增不成功时不设置递增标志)，且由此阻止计数器值的进一步递增(具体地说，当执行读取命令时/期间进行上述操作)，并且
19.c)在执行读取命令之后(例如，在答复读取命令之前)复位递增标志。
20.根据本公开的另外的方面，描述了一种rfid通信系统，包括：
21.i)如上文所描述的rfid标签ic，以及
22.ii)rfid装置(具体地说nfc装置或rfid读取器)，其被配置成接通hf场并将读取命令发送到rfid标签ic。
23.根据本公开的另外的方面，描述了包括rfid标签ic的服务提供单元(具体地说，例如智能海报的智能产品)。
24.根据本公开的另外的方面，描述了一种管理包括rfid标签ic和rfid装置的rfid通信系统的方法，所述方法包括：
25.i)耦合rfid标签ic与rfid装置的hf场(接通或进入hf场)，且随后
26.ii)启动rfid标签ic的通电，
27.iii)在rfid标签ic处从rfid装置接收读取命令，
28.iv)当耦合(通电)到hf场时，递增存储在rfid标签的非易失性存储器中的计数器值，
29.v)当递增成功时，设置递增标志，且由此阻止计数器值的进一步递增，
30.vi)执行读取命令，且(同时或)随后
31.vii)复位递增标志。
32.在本技术的上下文中，术语“nfc”可指近场通信，其可为针对在无用户配置下各个装置之间的直观、简单且安全的通信优化的近程无线技术(以厘米为单位测量距离)。为了使两个nfc装置通信，用户可使这些nfc装置靠近在一起或甚至接触。装置的nfc接口自身可自动连接和配置以形成对等网络。nfc还可用例如蓝牙或无线以太网(wifi)等其它协议通过交换配置和会话数据启动。nfc可与非接触式智能卡平台兼容。nfc装置也可像非接触式卡一样操作，以便与iso 14443或iso15693兼容系统的大型安装的基础设施兼容。在本技术的上下文中，术语“nfc装置”可指具有如上文所描述的nfc功能性的任何装置。nfc接口可例如实施于标签、智能卡或移动电话中。
33.在本技术的上下文中，术语“存储器”可指适用于存储信息的每一电子装置。所述存储器可为nfc标签的存储器且可为非易失性eeprom。可存在分成单元的一个存储器，或不同存储器可彼此连接或耦合。
34.根据实施例，本公开可基于这样的想法，即当计数器值的递增移位到启动通电的时间时，当rfid标签ic与hf场耦合时(具体地说当接通或进入hf场时)，可提供rfid标签ic，其中即使应用具有短时隙(例如，320μs)的(先进)标准(例如，iso 15693、nfc t5t)，计数器值也可以高效且稳定的方式递增。所述通电时间可足够长(例如，5ms)，以使得计数器值能够递增。具体地说，在启动通电时，可使用状态为“关闭”的递增标志来实现所述递增。在通电时间期间的成功的递增之后，将递增标志设置为“接通”，从而阻止计数器值的进一步递增。然后，在通电之后，(经由hf场耦合到rfid标签ic的)rfid装置可将读取命令发送到rfid标签ic，所述命令之后可为读取命令以及从rfid标签ic到rfid装置的答复消息的执行。只有在所描述的rfid通信之后，递增标志才可复位为“关闭”，以便在利用hf场启动另外的通电时可执行计数器值的新递增。此外，可应用旧计数器值的擦除步骤(在实际递增计数器值之前)，以确保从hf场提供的功率足以进行操作。当rfid标签ic缓慢进入hf场时，这可能在rfid标签ic与rfid装置之间的远程通信(几厘米)期间尤其重要。
35.在实施例中，rfid标签ic是根据(nfc)标准配置的，所述标准不允许在执行读取命令(和后续答复消息)期间递增计数器值。
36.在实施例中，所述rfid标签ic是根据iso15693标准配置的。由此，ic(和rfid通信系统)是根据用于当前和未来应用的可能高度相关的标准配置的。iso/iec 15693为适用于邻近卡的iso标准，通常读取器无需自身供电即可读取所述邻近卡，这是因为读取器会以无线方式向卡提供所需的功率。iso 15693系统在13.56mhz频率下操作，并提供近程通信(读取)距离(在毫米范围内)或远程通信(在厘米范围内)。具体应用可包括图书馆、滑雪通行证和公共交通。
37.在另外的实施例中，所述rfid标签ic是根据nfc t5t标准配置的。并且在此情况下，ic(和rfid通信系统)是根据用于当前和未来应用的可能高度相关的标准配置的。标签
类型5为基于iso 15693的标签配置，而标签类型2(t2t)和标签类型4(t4)基于iso 14443。t5t可提供关于读取范围、形式因数和物流可用性的优势。然而，t5t的一些时隙与t2t和t4t相比极短。例如，读取命令与答复之间的时间对于t5t可仅为320.9μs，而对于t2t和t4t为5ms。尽管iso 15693标准配置包括仅1ms的通电时间，但(nfc)t5t配置可包括约5ms的通电时间。
38.在另外的实施例中，接收读取命令与将答复消息传输到nfc装置之间的时隙小于1ms，具体地说为320.9μs。此要求例如通过上文所论述的t5t标准实现。特此，即使提供了快速操作时间，所述时隙对于递增计数器值来说也可能太短。因此，可能有必要在通电时间内递增计数器。
39.在另外的实施例中，用于所述rfid标签ic的可用通电时间为5ms或更长。因此，所述通电时隙可能足以以高效且稳固的方式递增计数器值(所述递增可能需要几毫秒)。可以从hf场包络的上升沿到第一命令的第一ask调制的下降沿测量可用通电时间。
40.在另外的实施例中，所述递增标志为暂留位或非易失性位。所述递增标志可因此在无需引入额外测量的情况下以高效且可靠的方式实施。在本文档中，术语“暂留位”可具体地说表示在不被供电的情况下在有限时间(几毫秒到几小时)内存储二进制值的位。相反地，术语“非易失性位”可指在至少几年内存储二进制信息的位。当计数器的递增成功时，可设置暂留位或非易失性位(“接通”状态)。此测量可能会妨碍下一通电期间计数器值的进一步递增。在用户存储器的读取命令和答复之后，可复位暂留位或非易失性位(“关闭状态”)，以便在另外的通电事件之后，当计数器值再次成功递增时，再次设置所述暂留位或所述非易失性位。在具体实施例中，在从(用户)存储器读取ndef消息(例如，rfid装置已点击rfid标签)之前，设置的暂留/非易失性标志可能会妨碍另一递增。从表面看，这可能看起来像是计数器值会随着读取存取而递增。
41.在另外的实施例中，所述处理单元另外被配置成决定来自所述hf场的可用功率是否足以递增所述计数器值。所述rfid标签ic可取决于hf场所提供的功率，且在功率不足的情况下，进行中的操作可能会延迟或失败。为了决定功率是否足够，可应用根据计数器值的擦除步骤。具体地说，擦除步骤所需的功率可能多于写入到存储器的后续递增(编程)步骤。因此，在功率足以用于擦除步骤的情况下，可推断也有足够的功率用于后续递增步骤。另外，与递增步骤失败相比，在擦除步骤(由于电源不足而)失败的情况下，可能会产生对非易失性存储器的更小耐久应力。所描述的方法可避免需要电流吸收器来探测是否有足够的功率可用。此电流吸收器可能需要吸收比非易失性存储器所需的更多的电流，且由此另外增加rfid标签ic所需的最小功率。
42.在另外的实施例中，所述处理单元另外被配置成在来自所述hf场的可用功率不足以递增所述计数器值的情况下，重试递增所述计数器值。在实施例中，在重试中仅使用擦除存取以避免耐久应力可能是特别有利的。重试可被组织为重试循环，其在保护时间之后开始另外的尝试。大量次数的重试可缩短重试保护时间，这会在功率足够时减少时延(但可能会增大对存储器的应力)。提供更长的重试时间段可能会导致进入hf场时可支持的更慢速度(但需要更长的时间才能使ic对读取命令作出反应)。较长的重试保护时间可使得能够实现较长的重试时间段(但产生较长的时延)。因此，重试循环可以考虑所论述参数的特定方式组织，这取决于所应用的系统和所要结果。
43.在另外的实施例中，对所述非易失性存储器的多步骤存取中的对所述非易失性存储器的第一存取步骤(具体地说旧计数器值的擦除步骤)所需的功率多于对所述非易失性存储器的后续存取步骤(具体地说所述计数器值的递增步骤)。如上文所论述，在功率足以用于擦除步骤的情况下，可推断也有足够的功率用于后续递增步骤。
44.在另外的实施例中，所述处理单元另外被配置成在对所述非易失性存储器的所述第一存取步骤不成功的情况下，在保护时间之后重试，直到达到最大次数的重试。另外地或可替换的是，所述处理单元另外被配置成在对所述非易失性存储器的所述第一存取步骤成功的情况下，开始对所述非易失性存储器的所述后续存取步骤。
45.在另外的实施例中，所述处理单元另外被配置成：当所述计数器值的所述递增由于来自所述hf场的可用功率不足而不成功时，执行重试循环，包括使用静态或渐增式保护时间。当进入hf场的速度较快时，使用较短的保护时间可减少延迟。在进入hf场的速度较慢的情况下，使用较长的保护时间可防止非易失性存储器受到应力。保护时间可实施为静态或渐增式的，其中对于静态保护时间必须选择折衷，而渐增式保护时间可实现对情况的自动适应。在例子中，术语“渐增式保护时间”可描述保护时间随着重试次数而变大的情况，例如每次都加倍或在固定次数之后加倍。
46.在另外的实施例中，所述处理单元被配置成(以合适的方式)通知nfc装置所有的重试都失败了并且计数器值的递增没有成功。在另外的实施例中，所述处理单元被配置成在所有重试都失败并且计数器的递增没有成功的情况下停止任何另外的操作。
47.在通信系统的另外的实施例中，rfid标签ic和rfid装置进行远程通信(具体地说几厘米，更具体地说十厘米或更远)。另外地或可替换的是，所述通信系统被配置成用于当所述rfid装置的所述hf场接通且所述rfid标签ic进入所述hf场时，递增所述计数器值。由此，即使应用远程通信，当rfid标签ic耦合到rfid装置时，也可直接开始通电。另外，rfid标签ic可(例如，基于递增循环的擦除步骤而)决定从hf场提供的功率是否足以写入到非易失性存储器(例如，计数器值的递增步骤)。
48.在所述方法的另外的实施例中，所述rfid装置被配置为rfid读取器，并且所述方法另外包括：
49.i)使进行远程通信的rfid标签ic和rfid读取器接近，以使得rfid标签ic进入hf场(例如，使rfid标签ic与rfid读取器接近和/或使rfid读取器与rfid标签接近)；
50.iia)在擦除旧计数器值成功的情况下，决定可用功率足以写入到非易失性存储器；和/或
51.iib)在擦除旧计数器值不成功的情况下，决定可用功率不足以写入到非易失性存储器。
52.以此方式，即使使用远程通信(以及缓慢接近hf场)，也可以有效且可靠的方式确定可用功率是否足够。由此，可改进整个通信系统的功能。
53.上文所定义的方面和本公开的另外的方面将从下文中描述的实施例的例子中显而易见，且参考实施例的这些例子进行解释。本公开将在下文中参考实施例的例子更详细地进行描述，但本公开不限于所述例子。
附图说明
54.图1示出了根据本公开的示例性实施例的rfid通信系统。
55.图2示出了根据本公开的示例性实施例的操作rfid通信系统的方法。
56.图3示出了常规例子。
57.图4详细地示出了根据本公开的示例性实施例的rfid通信系统中的计数器值的递增。
58.图5到7分别示出了根据本公开的示例性实施例的关于足够功率的rfid通信系统的操作方法。
59.图式中的展示是示意性的。在不同的图式中，用相同的附图标记表示类似的或相同的元件。
具体实施方式
60.在参考图式更详细地描述实施例之前，已概述形成本公开的实施例所依据的一些基本考虑因素。
61.根据实施例，描述了在每一读取时刻递增计数器值一次的实施方案。5ms的最大启动(通电)时间足以递增计数器值。另外，描述了用以处理足以读取rfid标签ic但不足以写入rfid标签ic的功率电平的方法。
62.根据示例性实施例，用以在t5t系统中递增非易失性存储器计数器值的唯一安全时间为约5ms的标签启动(通电)时间。为了模拟第一存储器读取存取(读取命令)处的递增，将计数器值的成功递增存储在递增标志中，所述递增标志例如暂留位(＝在不通电的情况下在短时间内保持其状态的位)。这阻止了计数器值的进一步递增。在另外的读取命令下，复位此标志/位，且在下次启动(通电)时再次递增计数器值。以此方式，即使存在较小的功率断电等待时间或rfid读取器在防冲突时间使用hf场进行复位，计数器值也会在每次读取(循环)时递增一次。如果读取器仅为rfid标签ic供电并运行防冲突功能，则计数器值也可能会递增。然而，这仅限于单个递增且在反欺诈用例中可能会受关注，例如由于相同的计数器值可能指示标签已被克隆。
63.根据示例性实施例，所解决的另外的问题为rfid标签的读取操作范围与写入操作范围之间的差。在经典nfc近程应用中，这一差为几毫米，然而，在用于物流的远程系统中，这一差可为几厘米。不同于经典nfc应用，无需用户进行重试，也无需以典型的速度进入hf场(在iso15693标准中)。因此，rfid标签ic必须尝试并在一段时间内持续尝试对非易失性存储器进行编程(递增)，以处理rfid标签ic进入hf场的速度比写入速度慢的情况。这确保了标签的可读性与可用功率无关，并且仅存在两种情况：计数器值已成功递增且标签显示正确值，或计数器值未成功递增且rfid标签ic向rfid读取器基础设施标示此错误。为了感测可用功率是否足以写入到非易失性存储器，直接使用非易失性存储器的擦除循环(具体地说，旧计数器值的擦除步骤)。这避免了需要电流吸收器来探测是否有足够的功率可用。此电流吸收器应需要总是吸收比存储器所需的更多的电流，从而另外增加标签所需的最小功率。
64.根据另外的示例性实施例，当未设置“递增标志”时，rfid标签ic在启动时自动递增非易失性存储器存储的计数器值。“递增标志”在短时间断电后仍然有效，并在读取用户
存储器(非易失性存储器)时复位。在可为恒定或动态的保护时间之后重试有限次数的启动时的递增。这确保了rfid标签ic在缓慢进入hf场时可读，具有两个明确限定的结果：计数器值已递增或计数器值未递增。利用非易失性存储器擦除循环直接感测来自hf场的可用功率。
65.图1示出了根据本公开的包括rfid标签ic 100和rfid装置200的通信系统101的示例性实施例。rfid标签ic 100启用nfc，并且包括具有天线的nfc接口102和存储计数器值的非易失性存储器105。此外，rfid标签ic 100包括与存储器105集成或可为单独的结构的处理单元104。rfid装置200被配置为移动nfc电话(和/或rfid读取器)。nfc接口102被配置成从rfid装置200接收对服务的请求(例如，读取命令)120。此外，nfc接口102被配置成响应于所述请求而将(例如，呈ndef格式的)答复消息130提供到rfid装置200。由此，rfid标签ic装置100可为提供服务的智能海报的一部分，且rfid装置200的用户可获得通到服务提供者的链接。rfid装置200被配置成接通rfid标签ic进入(耦合)的hf场110。在与hf场耦合(和接收到用于操作的功率)后，处理单元104触发rfid标签ic 100的通电110。
66.图2示出了根据本公开的操作图1所描绘的通信系统101的方法的示例性实施例。首先，当接通rfid装置的hf场或rfid标签ic 100进入hf场时，rfid标签ic 100与hf场耦合(hf复位)。随后，启动rfid标签ic 100的通电。由于未设置呈暂留位形式的递增标志150，因此当rfid标签ic 100耦合到hf场(通电110)时，存储在rfid ic标签100的非易失性存储器105中的当前计数器值递增。当递增成功时即刻设置递增标志，且由此阻止计数器值的进一步递增(直到下一hf场耦合111)。随后，在rfid标签ic 100处接收到来自rfid装置200的读取命令120并执行所述读取命令120。之后，rfid标签ic 100将答复130发送到rfid装置200。可以看出，由于应用了iso 15693标准，因此执行读取命令120与发送答复130之间的时间仅为320μs，太短而无法递增计数器值(所述递增需要几毫秒)。随后，当发生与hf场的另外的耦合111(下一hf复位)时，复位140递增标志150且将再次设置所述递增标志150。
67.图4详细地示出了根据本公开的示例性实施例的计数器值的递增115。递增115由rfid标签ic 100的通电110启动，并且开始等待(来自hf场的)足够电源电压步骤161。如果电源电压足够(然而，它可能会随着电流消耗的增加而下降)，则进行当前(旧)计数器值的擦除步骤162。以使得所消耗的功率多于后续递增(编程)步骤/循环165、166的方式进行擦除步骤/循环162。如果擦除步骤162失败，则在重试循环160内进行重试163。如果尚未达到最大次数的重试163，则在保护时间164之后开始另一重试163。如果已达到最大次数的重试163，则重试循环160停止167(例如，rfid标签ic向rfid装置(读取器基础设施)报告失败167且仍可进行远程通信)。当擦除步骤162起作用时，处理单元104继续递增步骤165、166(对数据进行编程)。
68.图5到7示出了根据本公开的示例性实施例的关于功率管理的通信系统101的相应操作。
69.图5：可以看出，在来自hf场的足够功率110的情况下，递增115计数器值且接着传送库存命令120和答复130。在功率处于写入极限的情况下，递增150需要花费的时间将更长。如果电源不足，则进行多次重试163是必要的，直到可执行递增115和另外的步骤120、130为止。
70.图6：在hf复位(通电)110的情况下，失去重试163的次数，且启动新的通电111。失
败与新hf复位之间的时间可介于50毫秒到80毫秒之间。
71.图7：在此情况下，应用多个hf复位(通电)110、111，但rfid读取器会在未接收到来自rfid标签的响应的情况下重复命令。
72.在本说明书中，已依据细节的所选择集呈现了实施例。然而，本领域的普通技术人员应理解，可实践包括这些细节的不同所选择集的许多其它实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的实施例。
73.附图标记
74.100
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rfid标签ic，nfc标签
75.101
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rfid通信系统
76.102
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nfc接口
77.104
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信号处理单元
78.105
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非易失性存储器
79.110
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hf场耦合，通电
80.111
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下一通电
81.115
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递增，设置递增标志
82.120
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读取命令
83.130
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答复消息
84.140
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复位递增标志
85.150
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递增标志
86.160
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重试循环
87.161
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等待足够的功率
88.162
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擦除步骤
89.163
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
重试步骤
90.164
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保护时间
91.165、166
ꢀꢀꢀ
递增步骤
92.167
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
失败，终止
93.200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
rfid装置。