關(guān)于電感耦合非接觸IC卡系統(tǒng)的EMI問答
文章出處:http://srpd123.com 作者: 人氣: 發(fā)表時間:2012年02月23日
引 言
射頻識別(RFID)技術(shù)近年來發(fā)展迅速,并獲得了廣泛應(yīng)用。但作為一種無線射頻技術(shù),其電磁兼容(EMC)性能也越來越受到人們的關(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等多個頻段。本文僅就低于135kHz和13.56MHz兩個頻段的電感耦合非接觸RFID卡的電磁干擾(EMI)問題結(jié)合相關(guān)國際標準進行介紹和剖析問答。
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、對電子產(chǎn)品EMI有限制嗎?
電子產(chǎn)品EMI有嚴格限制,體現(xiàn)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(gòu)和組織有:國際無線電干擾特別委員會CISPR、國際標準化組織ISO、國際電工委員會IEC、美國聯(lián)邦通信委員會FCC、歐洲電信標準研究所EISI等。一個電子產(chǎn)品必須符合相關(guān)的EMI標準,否則不能在該地區(qū)或國家的市場銷售和使用。
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(yīng)答標簽芯片。系統(tǒng)的讀寫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)。其讀寫器亦被稱之為PCD和VCD。
13.56MHz是世界范圍的工業(yè)、科學和醫(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射頻識別主要的標準有:①ISO/IEC 14443,是近耦合IC卡系統(tǒng)的標準,它又分為TYPE A和TYPE B兩種;②ISO/IEC 15693,是疏耦合IC卡系統(tǒng)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給出了相位抖動調(diào)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。對于在此頻率范圍的射頻識別系統(tǒng),有下述規(guī)范:
允許最大場強:
(1)FCC標準
FCC標準第15部分209節(jié)(FCC part15.209)規(guī)定了其載波的允許場強,是以最大電場強度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(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)其它標準
在另外一些標準中,允許最大場強是以H場給出的。例如EN300330和德國的標準17TR2100。E場和H場表示值可以用下式來相互推算,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標準的300m距離換算為30m,按40dB/十倍距離(自由場的衰減值)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)通信過程中,由應(yīng)答器向讀寫器的通信采用負載調(diào)制。讀寫器向應(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)射指的是對載波頻率或調(diào)制邊帶不做出貢獻的發(fā)射。在非接觸IC卡系統(tǒng)中,讀寫器功放和調(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)制頻帶的場強以及寄生發(fā)射都不能超出EMI有關(guān)標準規(guī)定的允許極限值。
Q3-3、13.56MHz的EMI標準是什么?
允許最大場強
(1)非接觸IC卡標準
在13.56MHz ISO/IEC 14443標準中規(guī)定其PCD產(chǎn)生的場強在1.5A/m_7.5A/m之間。其應(yīng)答器(PICC)的動作場強Hmin1.5A/m。在ISO/IEC 15693標準中規(guī)定為VCD產(chǎn)生的場強為115mA/m~7.5A/m,應(yīng)答器(VICC)的動作場強Hmin1.5m A/m。
(2)有關(guān)EMI標準
?、貴CC標準
FCC part 15.225規(guī)定RFID系統(tǒng)載波頻率范圍為13.56MHz±7kHz,載波場強為30m處10mV/m。
②EN300330(9kHz~25MHz)標準
EN300330標準規(guī)定了第一類發(fā)送器(指具有電感回路天線的發(fā)送器,天線由具有一個或幾個線圈的繞組構(gòu)成)的載波功率極限值。測量在H場具有最大值的方向和在自由空間進行。EN300330規(guī)定的極限值是42dBμA/m@10m。
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