關(guān)于電感耦合非接觸IC卡系統的EMI問(wèn)答

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

　　引 言

　　射頻識別(RFID)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，并獲得了廣泛應用。但作為一種無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，其電磁兼容(EMC)性能也越來(lái)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(wèn)題結合相關(guān)國際標準進(jìn)行介紹和剖析問(wèn)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、設備、系統的性能，或可能對生物、物質(zhì)產(chǎn)生不良影響的電磁效應。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、對電子產(chǎn)品EMI有限制嗎?

　　電子產(chǎn)品EMI有嚴格限制，體現在很多國際標準和相關(guān)國家標準中。制定這些標準的代表性機構和組織有：國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )CISPR、國際標準化組織ISO、國際電工委員會(huì )IEC、美國聯(lián)邦通信委員會(huì )FCC、歐洲電信標準研究所EISI等。一個(gè)電子產(chǎn)品必須符合相關(guān)的EMI標準，否則不能在該地區或國家的市場(chǎng)銷(xiāo)售和使用。

　　2 工作頻率范圍和標準

　　Q2-1電感耦合非接觸式IC卡的工作頻率范圍和標準是什么?

　　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答標簽芯片。系統的讀寫(xiě)器可以提供較高功率，該頻段對于非金屬材料和水具有較高的穿透深度，因此在生物識別、水表等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。由于其載波頻率較低，雖然應答器的功耗也較低，但數據傳輸速率不高。目前，ISO/IEC18000-2給出了這類(lèi)系統的空中接口標準。

　　(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(xiě)器亦被稱(chēng)之為PCD和VCD。

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

　　13.56MHz射頻識別主要的標準有：①I(mǎi)SO/IEC 14443，是近耦合IC卡系統的標準，它又分為T(mén)YPE A和TYPE B兩種;②ISO/IEC 15693，是疏耦合IC卡系統的標準;③ISO/IEC18000-3標準，它有兩種模式，即MODE 1和MODE 2，MODE 1和ISO/IEC 15693標準兼容，MODE 2給出了相位抖動(dòng)調制(PJM)等新方法。

　　3 非接觸IC卡的EMI標準

　　Q3-1、低于135kHz的非接觸IC卡的EMI標準是多少?

　　在低于135kHz的非接觸IC卡中，采用125kHz的芯片較多。其讀寫(xiě)器電路的功放為B類(lèi)或D類(lèi)電路，采用具有電感回路的天線(xiàn)發(fā)送器，屬于小功率和微功率發(fā)射。對于在此頻率范圍的射頻識別系統，有下述規范：

　　允許最大場(chǎng)強：

　　(1)FCC標準

　　FCC標準第15部分209節(FCC part15.209)規定了其載波的允許場(chǎng)強，是以最大電場(chǎng)強度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，對于125kHz頻率，其E應不大于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)其它標準

　　在另外一些標準中，允許最大場(chǎng)強是以H場(chǎng)給出的。例如EN300330和德國的標準17TR2100。E場(chǎng)和H場(chǎng)表示值可以用下式來(lái)相互推算，即：H[dBμA/m ]=E[dBμV/m]-51.5dB。在17TR2100中，規定的極限值為H= 13.5dBμA/m@30m。將此值按上式轉換,可以得到E=65 dBμV/m@30m。

　　如果我們將FCC標準的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，兩種標準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、什么是調制頻帶寬度和寄生發(fā)射?

　　在非接觸IC卡系統的數據通信過(guò)程中，由應答器向讀寫(xiě)器的通信采用負載調制。讀寫(xiě)器向應答器的通信常采用間隙振幅移位鍵控(ASK)調制。這些都需用一定的調制頻帶寬度。

　　寄生發(fā)射指的是對載波頻率或調制邊帶不做出貢獻的發(fā)射。在非接觸IC卡系統中，讀寫(xiě)器功放和調制電路是產(chǎn)生諧波和其它頻譜的主要部分。非接觸式IC卡系統在調制頻帶的場(chǎng)強以及寄生發(fā)射都不能超出EMI有關(guān)標準規定的允許極限值。

　　Q3-3、13.56MHz的EMI標準是什么?

　　允許最大場(chǎng)強

　　(1)非接觸IC卡標準

　　在13.56MHz ISO/IEC 14443標準中規定其PCD產(chǎn)生的場(chǎng)強在1.5A/m_7.5A/m之間。其應答器(PICC)的動(dòng)作場(chǎng)強Hmin1.5A/m。在ISO/IEC 15693標準中規定為VCD產(chǎn)生的場(chǎng)強為115mA/m~7.5A/m,應答器(VICC)的動(dòng)作場(chǎng)強Hmin1.5m A/m。

　　(2)有關(guān)EMI標準

　?、貴CC標準

　　FCC part 15.225規定RFID系統載波頻率范圍為13.56MHz±7kHz，載波場(chǎng)強為30m處10mV/m。

　?、贓N300330(9kHz~25MHz)標準

　　EN300330標準規定了第一類(lèi)發(fā)送器(指具有電感回路天線(xiàn)的發(fā)送器，天線(xiàn)由具有一個(gè)或幾個(gè)線(xiàn)圈的繞組構成)的載波功率極限值。測量在H場(chǎng)具有最大值的方向和在自由空間進(jìn)行。EN300330規定的極限值是42dBμA/m@10m。