电感耦合非接触IC卡系统的EMI方案
发布时间：2020-05-12 17:13
电感耦合非接触IC卡系统的EMI方案
射频识别技术(RFID)的运用愈来愈普遍深层次，RFID的干扰信号(EMI)难题也备受大家的关心。文中仅对电感器藕合非触碰IC卡的EMI难题融合有关国家标准开展了详细介绍和分析。前言
射频识别技术(RFID)技术性近些年发展趋势快速，并得到了广泛运用。但做为一种无线网络射频识别技术，其电磁兼容(EMC)特性也愈来愈遭受大家的关心。RFID涉及到的頻率范畴颇深，包含小于135kHz、13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等好几个频率段。文中仅就小于135kHz和13.56MHz2个频率段的电感器藕合非触碰RFID卡的干扰信号(EMI)难题融合有关国家标准开展详细介绍和分析问与答。
1、电子设备的电磁兼容性
Q1-1、什么是电磁兼容性?
电子设备的电磁兼容性EMC包括2个层面：一是干扰信号EMI，另一是抗电磁干扰能力EMS。EMI就是指电子设备造成的一切将会减少其他设备、机器设备、系统软件的特性，或将会对微生物、化学物质造成负面影响的电磁效应。EMS就是指电子设备在某类电磁感应自然环境下，其特性不至于导致恶变的抵挡工作能力。
Q1-2、对电子设备EMI有限定吗?
电子设备EMI有严苛限定，反映在许多 国家标准和有关国家行业标准中。制订这种规范的象征性组织和机构有：国际性无线通信影响非常联合会CISPR、国际海事组织ISO、国际电工委员会IEC、美国通讯联合会FCC、欧州电信网规范研究室EISI等。一个电子设备务必合乎有关的EMI规范，不然不可以在该地域或國家的销售市场和应用。
2、输出功率范畴和规范
Q2-1电感器藕合非接触式IC卡的输出功率范畴和规范是啥?
一般，电感器藕合非接触式IC卡的输出功率为小于135kHz和13.56MHz。
(1)135kHz的頻率关键适用较成本低的回复标识集成ic。系统软件的读写器能够 出示较大功率，该频率段针对非金属材质和水具备较高的透过深层，因而在生物识别技术、智能水表等行业拥有 普遍的运用。因为其载波通信頻率较低，尽管应答器的功率也较低，但数据信息传输速度不高。现阶段，ISO/IEC18000-2得出了这种系统软件的上空标准接口。
(2)在13.56MHz的非接触式IC卡又可分成近藕合IC卡(PICC)和疏藕合卡(VICC)。其读写器亦被称作PCD和VCD。
13.56MHz是全球范畴的工业生产、科学研究和诊疗频率段(ISM)。在这里频率段工作中的RFID因为载波通信頻率较高，在应答器中能够 选用微控制器，因此能够 完成智能化非触碰IC卡作用。除此之外，在这里载波通信頻率下，应答器的无线天线控制回路能够 完成上面电容器和包装印刷电感器的耦合电路，为其运用得到了挺大的便捷。
13.56MHz射频识别技术关键的规范有：①ISO/IEC14443，是近藕合IC卡系统软件的规范，它又分成TYPEA和TYPEB二种;②ISO/IEC15693，是疏藕合IC卡系统软件的规范;③ISO/IEC18000-3规范，它有二种方式，即MODE1和MODE2，MODE1和ISO/IEC15693规范适配，MODE2得出了相位抖动调配(PJM)等新方式。
3、非触碰IC卡的EMI规范
Q3-1、小于135kHz的非触碰IC卡的EMI规范多少钱?
在小于135kHz的非触碰IC卡中，选用125kHz的集成ic较多。其读写器电源电路的功放机为B类或D类电源电路，选用具备电感器控制回路的无线天线发送器，归属于小输出功率和微输出功率发送。针对在这里頻率范畴的射频识别技术系统软件，有以下标准：
容许较大磁场强度：
(1)FCC规范
FCC规范第15一部分209节(FCCpart15.209)要求了其载波通信的容许磁场强度，是以较大场强E得出的,即E不超(2400/f)?V/m@300m。在其中：f为9~495kHz，@300m表达间距为300m。因而，针对125kHz頻率，其E应不超19.2μV/m@300m。假如将其计算为dBμV，则E=19.1mV/m为E=20log(19.2/1)=25.66dBμV/m。
(2)其他规范
在此外一些规范中，容许较大磁场强度是以H场得出的。比如EN300330和法国的规范17TR2100。E场和H场表达值可以用上式来互相测算，即：H[dBμA/m]=E[dBμV/m]-51.5dB。在17TR2100中，要求的规定值为H=13.5dBμA/m@30m。将此值按上式变换,能够 获得E=65dBμV/m@30m。
如果我们将FCC规范的300m距离换算为30m，按40dB/十倍间距(自由场的衰减系数值)提升，则25.66dBμV/m@300m可表达为65.66dBμV/m@30m。从上边的测算看，二种规范的规定值是类似的。假如将此表达为十米处的场值，则可获得约为40log(30/10)+13.5=32.5dBμA/m。
Q3-2、什么叫调配频带宽度和内寄生发送?
在非触碰IC卡系统软件的数据通讯全过程中，由应答器向读写器的通讯选用负荷调配。读写器向应答器的通讯常选用空隙震幅挪动键控(ASK)调配。这种都要用一定的调配频带宽度。
内寄生发送指的是对载波通信頻率或调配编带领不作出贡献的发送。在非触碰IC卡系统软件中，读写器功放机和调配电源电路是造成谐波电流和其他频带的关键一部分。非接触式IC卡系统软件在调配频段的磁场强度及其内寄生发送都不可以超过EMI相关标准的容许规定值。
Q3-3、13.56MHz的EMI规范是啥?
容许较大磁场强度
(1)非触碰IC卡规范
在13.56MHzISO/IEC14443规范中要求其PCD造成的磁场强度在1.5A/m_7.5A/m中间。其应答器(PICC)的姿势磁场强度Hmin1.5A/m。在ISO/IEC15693规范中要求为VCD造成的磁场强度为115mA/m~7.5A/m,应答器(VICC)的姿势磁场强度Hmin1.5mA/m。
(2)相关EMI规范
①FCC规范
FCCpart15.225要求RFID系统软件载波通信頻率范畴为13.56MHz±7kHz，载波通信磁场强度为30m处十米V/m。
②EN300330(9kHz~25MHz)规范
EN300330标准了第一类发送器(指具备电感器控制回路无线天线的发送器，无线天线由具备一个或好多个电磁线圈的绕阻组成)的载波通信输出功率规定值。精确测量在H场具备最高值的方位与在自由空间开展。EN300330要求的规定值是42dBμA/m@十米。
Q3-4、几类规范的互相较为有什么不一样?
大家对上边得出的几类规范开展一些转换并归一，随后再多方面较为。
①ISO/IEC14443规范
一般，近藕合IC卡系统软件的功效间距为低于10厘米，而从上述情况所知这时Hmin1.5A/m，那麼我们可以类似估算离无线天线0.10m(10厘米)处的H场值为1.5A/m。一般，在非触碰IC卡系统软件中，在间距λ/2π(针对13.56MHz頻率，λ/2π=3.5m)内为线下，其衰减系数为60dB/十倍间距;超过λ/2π的功效间距为远场，其衰减系数为20dB/十倍间距。因而，可估计出10m处的H场为1.5mA/m，而3.5m处H场较1米处H场的衰减系数值大概为60log(3.5m/10m)=32dB。从3.5m至十米处，能够 觉得进到远场，此段衰减系数数值20log(十米/3.5m)=9dB。故十米处的dBμA数值20log
表1 各种标准的比较
| 标准 | ISO/IEC14443 | ISO/IEC15693 | FCC | EN300330 |
| 10m处H场强dBμA/m | 22 | 41 | 48 | 42 |
①ISO/IEC14443的调配方法
在TYPEA中，PCD向PICC通讯选用调整 密勒码的100%ASK调配。其PICC向PCD通讯选用的是墨尔本编号，而且用副载波通信调配后开展ASK调配。在TYPEB中，PCD向PICC通讯选用NRZ码的ASK调配方法，PICC向PCD通讯选用对NRZ码(106kbps)开展BPSK副载波通信调配(847kHz)，随后用ASK调配传输至PCD。
②ISO/IEC15693
VCD向VICC通讯时，长距离选用“256中取1”编号的10%的ASK。短路线时选用“4中取1”编号的100%ASK调配。VICC向VCD通讯选用墨尔本编号，用副载波通信开展调配(能用ASK或移频键控FSK方法)，随后再换已调配副载波通信开展对载波通信的ASK调配。
从所述的通讯方式能够 看得出，这种调配都必须调配网络带宽，因而要留意操纵发送频带。FCC要求谐波电流输出功率应限定比载波通信低50dB。
4、抑止EMI的对策
Q4-1能够 从哪一方面采用抑止EMI的对策?
(1)读写器射频前端电路原理
在读写器射频电路设计方案时，应考虑到元器件型号选择、PCB叠加层数、尺寸、路线合理布局、走线、接地装置及接地线配备、屏蔽掉、滤波器等诸多必须兼具的难题。
比如，在读写器设计方案时，都必须有晶振电路，大部分方解石晶振电路(XO)并沒有出示本质的EMI抑止对策，因而设计师选用屏蔽掉、滤波器或独特的包装印刷板合理布局技术性来使商品根据EMI考评。可是，MAXIM企业的DS108X系列产品硅震荡器选用扩谱技术性，可让其最高值EMI减少20dB之上，这为頻率源的挑选出示了新的构思。
(2)在电感器藕合式非触碰IC卡系统软件的电路原理和调节中应留意以下层面：
①无线天线控制回路主要参数应精确自动调谐在载波通信頻率上。
②针对末级功放机选用D类放大仪(小于135kHz)或E类放大仪(13.56MHz)的系统软件，应细心调节电源电路工作态度，降低内寄生数据信号的造成。这时，无线天线控制回路的Q值热对流过电磁线圈的电流量尺寸可起缓冲作用，应细心调节其电流量尺寸和通讯网络带宽的关联。
(3)新调配方法的挑选
在ISO/IEC14443、ISO/IEC19653及小于135kHz的非触碰IC卡系统软件中，读写器向应答器的传输数据都选用ASK载波通信调配方式，但事实上移相键控PSK调配在误码率、数据信号平均功率层面都具备比ASK更强的特性。在上述情况规范中未被选用，主要是PSK的解调只有用非常复杂的相关解调技术性，而不能用简易包络检波方式，而相关解调电源电路相对性非常复杂。
ISO/IEC18000-3规范中的MODE2在13.56MHz系统软件中明确提出了相位抖动调配(PJM)方式。在读写器向应答器的通讯中，运用调整 頻率编号(MEM)对载波通信开展PJM调配。一般PSK的二进调配的2个相角是0度和180度，在编号转变时出現了载波通信位置的跃变。位置的很大跃变使频带展宽，使功率谱的旁瓣很大，衰减系数比较慢。PJM的2个相位角界定在2度的范畴。
因而位置的转变，即颤动减少使数据信号谱旁瓣较小，且衰减系数较快。除此之外，PJM的另一个益处是在读写器向应答器通讯中，不容易像ASK调配因为有间断而使能量场出現空隙，而且能够 适用全双工通讯。因而，新的调配方法的科学研究和执行，也会给电感器藕合的非触碰IC卡的EMI得到挺大改进。
