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        關(guān)于電感耦合非接觸IC卡系統(tǒng)的EMI問(wèn)答

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

        [文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:本文對(duì)電感耦合式非接觸IC卡系統(tǒng)的EMI問(wèn)題作了闡述,應(yīng)該注意,它的EMS能力顯然是很弱的,受篇幅所限,沒(méi)有給予更多的闡述。鑒于我國(guó)的RFID標(biāo)準(zhǔn)尚未正式頒布,因此本文并未涉及。

          引 言

          射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,并獲得了廣泛應(yīng)用。但作為一種無(wú)線射頻技術(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(jié)合相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(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(wú)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(xiāo)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(xiě)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(xiě)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:①I(mǎi)SO/IEC 14443,是近耦合IC卡系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),它又分為T(mén)YPE 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(xiě)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(lái)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(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)

         ?、貴CC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。

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