关于电感耦合非接触IC卡系统的EMI问答

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者： 人气： 发表时间：2012年02月23日

　　引 言

　　射频识别(RFID)技术近年来发展迅速，并获得了广泛应用。但作为一种无线射频技术，其电磁兼容(EMC)性能也越来越受到人们的关注。RFID涉及的频率范围甚广，包括低于135kHz、13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等多个频段。本文仅就低于135kHz和13.56MHz两个频段的电感耦合非接触RFID卡的电磁干扰(EMI)问题结合相关国际标准进行介绍和剖析问答。

　　1 电子产品的电磁兼容性

　　Q1-1、什么叫电磁兼容性?

　　电子产品的电磁兼容性EMC包含两个方面：一是电磁干扰EMI，另一是抗电磁干扰能力EMS。EMI是指电子产品产生的任何可能降低其它装置、设备、系统的性能，或可能对生物、物质产生不良影响的电磁效应。EMS是指电子产品在某种电磁环境下，其性能不致造成恶化的抵御能力。

　　Q1-2、对电子产品EMI有限制吗?

　　电子产品EMI有严格限制，体现在很多国际标准和相关国家标准中。制定这些标准的代表性机构和组织有：国际无线电干扰特别委员会CISPR、国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC、美国联邦通信委员会FCC、欧洲电信标准研究所EISI等。一个电子产品必须符合相关的EMI标准，否则不能在该地区或国家的市场销售和使用。

　　2 工作频率范围和标准

　　Q2-1电感耦合非接触式IC卡的工作频率范围和标准是什么?

　　通常，电感耦合非接触式IC卡的工作频率为低于135kHz和13.56MHz。

　　(1)135kHz的频率主要适用于较低成本的应答标签芯片。系统的读写器可以提供较高功率，该频段对于非金属材料和水具有较高的穿透深度，因此在生物识别、水表等领域有着广泛的应用。由于其载波频率较低，虽然应答器的功耗也较低，但数据传输速率不高。目前，ISO/IEC18000-2给出了这类系统的空中接口标准。

　　(2)在13.56MHz的非接触式IC卡又可分为近耦合IC卡(PICC)和疏耦合卡(VICC)。其读写器亦被称之为PCD和VCD。

　　13.56MHz是世界范围的工业、科学和医疗频段(ISM)。在此频段工作的RFID由于载波频率较高，在应答器中可以采用微处理器，因而可以实现智能非接触IC卡功能。此外，在此载波频率下，应答器的天线回路可以实现片上电容和印刷电感的谐振电路，为其应用获得了很大的便利。

　　13.56MHz射频识别主要的标准有：①ISO/IEC 14443，是近耦合IC卡系统的标准，它又分为TYPE A和TYPE B两种;②ISO/IEC 15693，是疏耦合IC卡系统的标准;③ISO/IEC18000-3标准，它有两种模式，即MODE 1和MODE 2，MODE 1和ISO/IEC 15693标准兼容，MODE 2给出了相位抖动调制(PJM)等新方法。

　　3 非接触IC卡的EMI标准

　　Q3-1、低于135kHz的非接触IC卡的EMI标准是多少?

　　在低于135kHz的非接触IC卡中，采用125kHz的芯片较多。其读写器电路的功放为B类或D类电路，采用具有电感回路的天线发送器，属于小功率和微功率发射。对于在此频率范围的射频识别系统，有下述规范：

　　允许最大场强：

　　(1)FCC标准

　　FCC标准第15部分209节(FCC part15.209)规定了其载波的允许场强，是以最大电场强度E给出的,即E不大于(2400/f)?V/m@300m。其中：f为9~490kHz，@300m 表示距离为300m。因此，对于125kHz频率，其E应不大于19.2μV/m@300m。如果将其换算为dBμV，则E=19.2mV/m为E=20log(19.2/1)=25.66dBμV/m。

　　(2)其它标准

　　在另外一些标准中，允许最大场强是以H场给出的。例如EN300330和德国的标准17TR2100。E场和H场表示值可以用下式来相互推算，即：H[dBμA/m ]=E[dBμV/m]-51.5dB。在17TR2100中，规定的极限值为H= 13.5dBμA/m@30m。将此值按上式转换,可以得到E=65 dBμV/m@30m。

　　如果我们将FCC标准的300m距离换算为30m，按40dB/十倍距离(自由场的衰减值)增加，则25.66dBμV/m@300m可表示为65.66dBμV/m@30m。从上面的推算看，两种标准的极限值是差不多的。如果将此表示为10m处的场值，则可得到约为40log(30/10)+13.5=32.5 dBμA/m。

　　Q3-2、什么是调制频带宽度和寄生发射?

　　在非接触IC卡系统的数据通信过程中，由应答器向读写器的通信采用负载调制。读写器向应答器的通信常采用间隙振幅移位键控(ASK)调制。这些都需用一定的调制频带宽度。

　　寄生发射指的是对载波频率或调制边带不做出贡献的发射。在非接触IC卡系统中，读写器功放和调制电路是产生谐波和其它频谱的主要部分。非接触式IC卡系统在调制频带的场强以及寄生发射都不能超出EMI有关标准规定的允许极限值。

　　Q3-3、13.56MHz的EMI标准是什么?

　　允许最大场强

　　(1)非接触IC卡标准

　　在13.56MHz ISO/IEC 14443标准中规定其PCD产生的场强在1.5A/m_7.5A/m之间。其应答器(PICC)的动作场强Hmin1.5A/m。在ISO/IEC 15693标准中规定为VCD产生的场强为115mA/m~7.5A/m,应答器(VICC)的动作场强Hmin1.5m A/m。

　　(2)有关EMI标准

　　①FCC标准

　　FCC part 15.225规定RFID系统载波频率范围为13.56MHz±7kHz，载波场强为30m处10mV/m。

　　②EN300330(9kHz~25MHz)标准

　　EN300330标准规定了第一类发送器(指具有电感回路天线的发送器，天线由具有一个或几个线圈的绕组构成)的载波功率极限值。测量在H场具有最大值的方向和在自由空间进行。EN300330规定的极限值是42dBμA/m@10m。