關(guān)于電感耦合非接觸IC卡系統(tǒng)的EMI問答

文章出處：http:// 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年02月23日

　　引 言

　　射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，并獲得了廣泛應(yīng)用。但作為一種無線射頻技術(shù)，其電磁兼容(EMC)性能也越來越受到人們的關(guān)注。RFID涉及的頻率范圍甚廣，包括低于135kHz、13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等多個(gè)頻段。本文僅就低于135kHz和13.56MHz兩個(gè)頻段的電感耦合非接觸RFID卡的電磁干擾(EMI)問題結(jié)合相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹和剖析問答。

　　1 電子產(chǎn)品的電磁兼容性

　　Q1-1、什么叫電磁兼容性?

　　電子產(chǎn)品的電磁兼容性EMC包含兩個(gè)方面：一是電磁干擾EMI，另一是抗電磁干擾能力EMS。EMI是指電子產(chǎn)品產(chǎn)生的任何可能降低其它裝置、設(shè)備、系統(tǒng)的性能，或可能對(duì)生物、物質(zhì)產(chǎn)生不良影響的電磁效應(yīng)。EMS是指電子產(chǎn)品在某種電磁環(huán)境下，其性能不致造成惡化的抵御能力。

　　Q1-2、對(duì)電子產(chǎn)品EMI有限制嗎?

　　電子產(chǎn)品EMI有嚴(yán)格限制，體現(xiàn)在很多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中。制定這些標(biāo)準(zhǔn)的代表性機(jī)構(gòu)和組織有：國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)CISPR、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO、國(guó)際電工委員會(huì)IEC、美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)研究所EISI等。一個(gè)電子產(chǎn)品必須符合相關(guān)的EMI標(biāo)準(zhǔn)，否則不能在該地區(qū)或國(guó)家的市場(chǎng)銷售和使用。

　　2 工作頻率范圍和標(biāo)準(zhǔn)

　　Q2-1電感耦合非接觸式IC卡的工作頻率范圍和標(biāo)準(zhǔn)是什么?

　　通常，電感耦合非接觸式IC卡的工作頻率為低于135kHz和13.56MHz。

　　(1)135kHz的頻率主要適用于較低成本的應(yīng)答標(biāo)簽芯片。系統(tǒng)的讀寫器可以提供較高功率，該頻段對(duì)于非金屬材料和水具有較高的穿透深度，因此在生物識(shí)別、水表等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于其載波頻率較低，雖然應(yīng)答器的功耗也較低，但數(shù)據(jù)傳輸速率不高。目前，ISO/IEC18000-2給出了這類系統(tǒng)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。

　　(2)在13.56MHz的非接觸式IC卡又可分為近耦合IC卡(PICC)和疏耦合卡(VICC)。其讀寫器亦被稱之為PCD和VCD。

　　13.56MHz是世界范圍的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段(ISM)。在此頻段工作的RFID由于載波頻率較高，在應(yīng)答器中可以采用微處理器，因而可以實(shí)現(xiàn)智能非接觸IC卡功能。此外，在此載波頻率下，應(yīng)答器的天線回路可以實(shí)現(xiàn)片上電容和印刷電感的諧振電路，為其應(yīng)用獲得了很大的便利。

　　13.56MHz射頻識(shí)別主要的標(biāo)準(zhǔn)有：①ISO/IEC 14443，是近耦合IC卡系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它又分為TYPE A和TYPE B兩種;②ISO/IEC 15693，是疏耦合IC卡系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn);③ISO/IEC18000-3標(biāo)準(zhǔn)，它有兩種模式，即MODE 1和MODE 2，MODE 1和ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)兼容，MODE 2給出了相位抖動(dòng)調(diào)制(PJM)等新方法。

　　3 非接觸IC卡的EMI標(biāo)準(zhǔn)

　　Q3-1、低于135kHz的非接觸IC卡的EMI標(biāo)準(zhǔn)是多少?

　　在低于135kHz的非接觸IC卡中，采用125kHz的芯片較多。其讀寫器電路的功放為B類或D類電路，采用具有電感回路的天線發(fā)送器，屬于小功率和微功率發(fā)射。對(duì)于在此頻率范圍的射頻識(shí)別系統(tǒng)，有下述規(guī)范：

　　允許最大場(chǎng)強(qiáng)：

　　(1)FCC標(biāo)準(zhǔn)

　　FCC標(biāo)準(zhǔn)第15部分209節(jié)(FCC part15.209)規(guī)定了其載波的允許場(chǎng)強(qiáng)，是以最大電場(chǎng)強(qiáng)度E給出的,即E不大于(2400/f)?V/m@300m。其中：f為9~490kHz，@300m 表示距離為300m。因此，對(duì)于125kHz頻率，其E應(yīng)不大于19.2μV/m@300m。如果將其換算為dBμV，則E=19.2mV/m為E=20log(19.2/1)=25.66dBμV/m。

　　(2)其它標(biāo)準(zhǔn)

　　在另外一些標(biāo)準(zhǔn)中，允許最大場(chǎng)強(qiáng)是以H場(chǎng)給出的。例如EN300330和德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)17TR2100。E場(chǎng)和H場(chǎng)表示值可以用下式來相互推算，即：H[dBμA/m ]=E[dBμV/m]-51.5dB。在17TR2100中，規(guī)定的極限值為H= 13.5dBμA/m@30m。將此值按上式轉(zhuǎn)換,可以得到E=65 dBμV/m@30m。

　　如果我們將FCC標(biāo)準(zhǔn)的300m距離換算為30m，按40dB/十倍距離(自由場(chǎng)的衰減值)增加，則25.66dBμV/m@300m可表示為65.66dBμV/m@30m。從上面的推算看，兩種標(biāo)準(zhǔn)的極限值是差不多的。如果將此表示為10m處的場(chǎng)值，則可得到約為40log(30/10)+13.5=32.5 dBμA/m。

　　Q3-2、什么是調(diào)制頻帶寬度和寄生發(fā)射?

　　在非接觸IC卡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信過程中，由應(yīng)答器向讀寫器的通信采用負(fù)載調(diào)制。讀寫器向應(yīng)答器的通信常采用間隙振幅移位鍵控(ASK)調(diào)制。這些都需用一定的調(diào)制頻帶寬度。

　　寄生發(fā)射指的是對(duì)載波頻率或調(diào)制邊帶不做出貢獻(xiàn)的發(fā)射。在非接觸IC卡系統(tǒng)中，讀寫器功放和調(diào)制電路是產(chǎn)生諧波和其它頻譜的主要部分。非接觸式IC卡系統(tǒng)在調(diào)制頻帶的場(chǎng)強(qiáng)以及寄生發(fā)射都不能超出EMI有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許極限值。

　　Q3-3、13.56MHz的EMI標(biāo)準(zhǔn)是什么?

　　允許最大場(chǎng)強(qiáng)

　　(1)非接觸IC卡標(biāo)準(zhǔn)

　　在13.56MHz ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定其PCD產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)在1.5A/m_7.5A/m之間。其應(yīng)答器(PICC)的動(dòng)作場(chǎng)強(qiáng)Hmin1.5A/m。在ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為VCD產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為115mA/m~7.5A/m,應(yīng)答器(VICC)的動(dòng)作場(chǎng)強(qiáng)Hmin1.5m A/m。

　　(2)有關(guān)EMI標(biāo)準(zhǔn)

　　①FCC標(biāo)準(zhǔn)

　　FCC part 15.225規(guī)定RFID系統(tǒng)載波頻率范圍為13.56MHz±7kHz，載波場(chǎng)強(qiáng)為30m處10mV/m。

　?、贓N300330(9kHz~25MHz)標(biāo)準(zhǔn)

　　EN300330標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了第一類發(fā)送器(指具有電感回路天線的發(fā)送器，天線由具有一個(gè)或幾個(gè)線圈的繞組構(gòu)成)的載波功率極限值。測(cè)量在H場(chǎng)具有最大值的方向和在自由空間進(jìn)行。EN300330規(guī)定的極限值是42dBμA/m@10m。