- 電感耦合非接觸IC卡的EMI問(wèn)題介紹和剖析

在非接觸IC卡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，由應(yīng)答器向讀寫(xiě)器的通信采用負(fù)載調(diào)制。讀寫(xiě)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(xiě)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。

②EN300330（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。

Q3-4、幾種標(biāo)準(zhǔn)的相互比較有哪些不同？

我們對(duì)上面給出的幾種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一些變換并歸一，然后再加以比較。

①ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)

通常，近耦合IC卡系統(tǒng)的作用距離為小于10cm，而從前述可知此時(shí)Hmin1.5A/m，那么我們可以近似估計(jì)離天線0.1m（10cm）處的H場(chǎng)值為1.5A/m。一般，在非接觸IC卡系統(tǒng)中，在距離λ/2π（對(duì)于13.56MHz頻率，λ/2π=3.5m）內(nèi)為近場(chǎng)，其衰減為60dB/十倍距離；大于λ/2π的作用距離為遠(yuǎn)場(chǎng)，其衰減為20dB/十倍距離。因此，可估算出1m處的H場(chǎng)為1.5m A/m，而3.5m處H場(chǎng)較1米處H場(chǎng)的衰減值大約為60 log （3.5m/1m）=32dB。從3.5m至10m處，可以認(rèn)為進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)，此段衰減值為20log（10m/3.5m）=9dB。故10m處的dBμA值為20log1.5mA/m-32-9=22dBμA/m。

②ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)

其作用距離約為50cm，設(shè)此時(shí)的Hmin= 115m A/m，對(duì)13.56MHz，近場(chǎng)范圍為3.5m，則3.5m處的場(chǎng)強(qiáng)衰減為60log（3.5m/0.5m）=50.7dBmA。3.5m至10m為遠(yuǎn)場(chǎng)，衰減為20log （10m/3.5m）=9dBμA。因此10米處的dBμA值為：20log115mA/m-50.7dBuA-9dB？A=41dB？A

③FCC標(biāo)準(zhǔn)

30m為10m V/m，換算為dB值是80dB？V/m，再換算至10m，增加量為40log（30m/10m）=19dB。換算成dB？A/m為：H=80+19-51=48dBμA/m@10m。

將上面結(jié)果列于表1，則從表1可知，若H場(chǎng)是按RFID標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，就可符合EMI的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 各種標(biāo)準(zhǔn)的比較

Q3-5、調(diào)制帶寬及諧波發(fā)射方式要注意哪些？

①ISO/IEC 14443的調(diào)制方式

在TYPE A中，PCD向PICC通信采用修正密勒碼的100%ASK調(diào)制。其PICC向PCD通信采用的是曼徹斯特編碼，并且用副載波調(diào)制后進(jìn)行ASK調(diào)制。在TYPE B中，PCD向PICC通信采用NRZ碼的ASK調(diào)制方式，PICC向PCD通信采用對(duì)NRZ碼（106kbps）進(jìn)行BPSK副載波調(diào)制（847kHz），然后用ASK調(diào)制傳送至PCD。

②ISO/IEC 15693

VCD向VICC通信時(shí)，遠(yuǎn)距離采用“256中取1”編碼的10%的ASK。短距離時(shí)采用“4中取1”編碼的100%ASK調(diào)制。VICC向VCD通信采用曼徹斯特編碼，用副載波進(jìn)行調(diào)制（可用ASK或移頻鍵控FSK方式），然后再用已調(diào)制副載波進(jìn)行對(duì)載波的ASK調(diào)制。

從上述的通信模式可以看出，這些調(diào)制都需要調(diào)制帶寬，因此要注意控制發(fā)射頻譜。FCC規(guī)定諧波功率應(yīng)限制比載波低50dB。

4 抑制EMI的措施

Q4-1 可以從哪些方面采取抑制EMI的措施？

（1）讀寫(xiě)器射頻前端電路設(shè)計(jì)

在讀寫(xiě)器射頻電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮器件選型、PCB層數(shù)、大小、線路布局、布線、接地及地線配置、屏蔽、濾波等眾多需要兼顧的問(wèn)題。