电感耦合非接触IC卡系统的EMI问题

几种标准的相互比较

我们对上面给出的几种标准进行一些变换并归一，然后再加以比较。

①ISO/IEC 14443标准

通常，近耦合IC卡系统的作用距离为小于10cm，而从前述可知此时Hmin?.5A/m，那么我们可以近似估计离天线0.1m(10cm)处的H场值为1.5A/m。一般，在非接触IC卡系统中，在距离l/2p(对于13.56MHz频率，l/2p=3.5m)内为近场，其衰减为60dB/十倍距离；大于l/2p的作用距离为远场，其衰减为20dB/十倍距离。因此，可估算出1m处的H场为1.5m A/m，而3.5m处H场较1米处H场的衰减值大约为60 log (3.5m/1m)=32dB。从3.5m至10m处，可以认为进入远场，此段衰减值为20log(10m/3.5m)=9dB。故10m处的dBmA值为20log1.5mA/m-32-9=22dBmA/m。

②ISO/IEC 15693标准

其作用距离约为50cm，设此时的Hmin= 115m A/m，对13.56MHz，近场范围为3.5m，则3.5m处的场强衰减为60log(3.5m/0.5m)=50.7dBmA。3.5m至10m为远场，衰减为20log (10m/3.5m)=9dBmA。因此10米处的dBmA值为：20log115mA/m-50.7dBuA-9dBmA=41dBmA

③FCC标准

30m为10m V/m，换算为dB值是80dBmV/m，再换算至10m，增加量为40log(30m/10m)=19dB。换算成dBmA/m为：H=80+19-51=48dBmA/m@10m。

将上面结果列于表1，则从表1可知，若H场是按RFID标准来设计，就可符合EMI的有关标准。



调制带宽及谐波发射

·ISO/IEC 14443的调制方式

在TYPE A中，PCD向PICC通信采用修正密勒码的100%ASK调制。其PICC向PCD通信采用的是曼彻斯特编码，并且用副载波调制后进行ASK调制。在TYPE B中，PCD向PICC通信采用NRZ码的ASK调制方式，PICC向PCD通信采用对NRZ码(106kbps)进行BPSK副载波调制(847kHz)，然后用ASK调制传送至PCD。

·ISO/IEC 19653

VCD向VICC通信时，远距离采用“256中取1”编码的10%的ASK。短距离时采用“4中取1”编码的100%ASK调制。VICC向VCD通信采用曼彻斯特编码，用副载波进行调制(可用ASK或移频键控FSK方式)，然后再用已调制副载波进行对载波的ASK调制。

从上述的通信模式可以看出，这些调制都需要调制带宽，因此要注意控制发射频谱。FCC规定谐波功率应限制比载波低50dB。

抑制EMI的措施

抑制EMI的措施可以从下面几个方面来考虑：

读写器射频前端电路设计

在读写器射频电路设计时，应考虑器件选型、PCB层数、大小、线路布局、布线、接地及地线配置、屏蔽、滤波等众多需要兼顾的问题。

例如，在读写器设计时，都需要有晶体振荡器，多数石英晶体振荡器(XO)并没有提供内在的EMI抑制措施，因此设计者采用屏蔽、滤波或特殊的印刷板布局技术来使产品通过EMI考核。但是，MAXIM公司的DS108X系列硅振荡器采用扩谱技术，可使其峰值EMI降低20dB以上，这为频率源的选择提供了新的思路。

在电感耦合式非接触IC卡系统的电路设计和调整中应注意下述方面：①天线回路参数应准确调谐在载波频率上。②对于末级功放采用D类放大器(低于135kHz)或E类放大器(13.56MHz)的系统，应仔细调整电路工作状态，减少寄生信号的产生。此时，天线回路的Q值对流过线圈的电流大小可起调节作用，应仔细调整其电流大小和通信带宽的关系。

新调制方式的选择

在ISO/IEC 14443、ISO/IEC 19653及低于135kHz的非接触IC卡系统中，读写器向应答器的数据传输都采用ASK载波调制模式，但实际上移相键控PSK调制在误码率、信号平均功率方面都具有比ASK更好的性能。在前述标准中未被采用，主要是PSK的解调只能用比较复杂的相干解调技术，而不能用简单包络检波方法，而相干解调电路相对比较复杂。

ISO/IEC 18000-3标准中的MODE 2在13.56MHz系统中提出了相位抖动调制(PJM)方法。在读写器向应答器的通信中，利用修正频率编码(MEM)对载波进行PJM调制。通常PSK的二进调制的两个相角是0度和180度，在编码变化时出现了载波相位的跃变。相位的较大跃变使频谱展宽，使功率谱的旁瓣较大，衰减较慢。PJM的两个相位角定义在2度的范围，见图1。因此相位的变化，即抖动减小使信号谱旁瓣较小，且衰减较快。此外，PJM的另一个好处是在读写器向应答器通信中，不会像ASK调制因有停顿而使能量场出现间隙，并且可以支持全双工通信。



因此，新的调制方式的研究和实施，也会给电感耦合的非接触IC卡的EMI获得很大改善。

结语

本文对电感耦合式非接触IC卡系统的EMI问题作了阐述，应该注意，它的EMS能力显然是很弱的，受篇幅所限，没有给予更多的阐述。鉴于我国的RFID标准尚未正式颁布，因此本文并未涉及。