非接觸式IC卡又稱射頻卡，是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù),，它成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來,，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題。MIFARE 1型射頻卡內(nèi)部的功能模塊及原理見下圖1

天線卡內(nèi)電源的設(shè)計[圖]" height="288" src="http://files.chinaaet.com/images/20110519/c99b7c36-b67f-4740-9bec-96acacc963f7.jpg" width="406" />

MIFARE 1型射頻卡含有l(wèi)024×8bitEEP—ROM組織,，分為16個區(qū),，每區(qū)4個塊，其中射頻接口模塊主要完成以下幾個功能：

由于卡本身無電源,，需通過其中的電源產(chǎn)生電路以整流,、濾波、穩(wěn)壓后為芯,。芯片電路的數(shù)字部分中各塊的功能是：復(fù)位響應(yīng)電路－在讀寫器對IC卡進(jìn)行上電復(fù)位時自動將卡的有關(guān)信息傳遞給讀寫器,，以便使讀寫器正確識別Ic卡的類型，并對其進(jìn)行相應(yīng)的操作,。防沖突電路一當(dāng)有多張卡在讀寫器的工作范圍時,，讀寫器先從眾多卡片中選擇一張作為下步處理的對象，將未選中的卡置于暫停工作狀態(tài)以等待下一次被選擇,。應(yīng)用 選擇電路一MIFARE l可“一卡多用”,，它負(fù)責(zé)從存儲區(qū)中選擇所需應(yīng)用。認(rèn)證與存取控制電路一驗證密碼和訪問權(quán)限以控制對EEPROM的訪問,?？刂婆c算術(shù)單元一對卡片系統(tǒng)進(jìn)行配置、控制和對卡內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行加減運(yùn)算,。加密單元一對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行加密解密等,。EEPROM接口電路一對EEPROM進(jìn)行譯碼和讀寫擦等操作。EEPROM－存儲數(shù)據(jù),。

射頻卡的設(shè)計原理

MIFARE 1(M1)型射頻卡的容量為8K位,，數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次,，讀無限次,。M1卡不帶電源,，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯電路和通訊邏輯電路,，卡與讀寫器之間的通訊采用國際通用的DES和RES保密交叉算法,，具有極高的保密性能。

工作原理：卡片在電氣部分只由—個天線和ASIC組成,，沒有其它外部器件,；天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，很適于封裝到ISO卡片中,；ASIC：卡片的ASIC由一個高速(106KB波特率)的接口,，—個控制單元和—個8K位EEPROM組成。

M1 射頻卡的工作原理是：讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波,，卡片內(nèi)有—個LC串聯(lián)諧振電路,，其頻率與讀寫器發(fā)射頻率相同，在電磁波的激勵下,，LC諧振電路產(chǎn)生共振,，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端,，接有—個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另—個電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時,，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓,，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。

射頻卡電源產(chǎn)生電路的設(shè)計與應(yīng)用

射頻卡的功能組成包括兩部分,，射頻接口電路和數(shù)字電路,。解決卡內(nèi)能量的來源和信號的無線傳輸則是射頻卡的突出優(yōu)點(diǎn)，而這也是射頻接口電路的關(guān)鍵技術(shù),。從讀卡器發(fā)射的射頻信號,，在卡內(nèi)經(jīng)過耦合、整流濾波與穩(wěn)壓三過程,，便可得到直流工作電壓,。

線圈耦合

L1、L2分別是天線的原邊線圈和副邊線圈,， L2從L1耦合過來一定能量的高頻電磁波(載波頻率為13．56MHZ),， 兩端的電壓即 是接收到的高頻信號。對于卡內(nèi)接收天線L2,，在f=13.56MHZ頻率下,，有其等效的電感、電容和損耗電阻值,，構(gòu)成一串聯(lián)諧振電路,。對于讀卡器本身而言,，其發(fā)射的電磁波能量一定，而卡上的感生電壓由發(fā)射的電磁波的能量和卡與讀卡器的距離共同決定,。那么在得到電感L2 的等效電感,、電容和損耗電阻值后，就可以在電容兩端并一可變電阻,，通過改變卡與讀卡器的距離,，測試電阻上的相應(yīng)電壓值,，來推算L2上感應(yīng)到的等效電壓源的值,。

整流濾波

天線上獲得的耦合電壓通過C送人FWR全波整流電路，從而得到單邊的交流信號,。在經(jīng)濾波電容CP濾掉高頻信號,，其兩端輸出的電壓既為卡內(nèi)需要的直流電源電壓；該電容同時又作為儲能器件以爭強(qiáng)負(fù)載能力,。這里信號經(jīng)濾波電容后可得到—個直流電壓,，但此時電壓不夠穩(wěn)定，需采取穩(wěn)壓措施,。

穩(wěn)壓電路

濾波電容CP兩端輸出的VDD是不穩(wěn)定的,，當(dāng)卡與讀卡器的距離變化時，它隨著卡內(nèi)線圈E耦合到的電壓的變化而變化,，穩(wěn)壓電路可以使其穩(wěn)定在3．5V左右,。這里，3．5V的壓降由幾個串聯(lián)的飽和MOS管提供,。圖1中的Rload代表了卡內(nèi)所有電路的內(nèi)阻之和,，這樣，對于正常工作條件下的電磁場能量,，電源產(chǎn)生電路經(jīng)過上述過程在Rload=910Ω時,，便可獲得—個3．5V左右的直流工作電壓。具體穩(wěn)壓電路如圖2,。

當(dāng)VDD變大時,，電路中M3、M4管處于飽和狀態(tài),，其VDS壓降基本不變,，那么V1隨VDD的抬升而升高，則V2相應(yīng)下降,，M6管的電流隨之升高,，需要電容CP放電來補(bǔ)充電流，引起VDD下降,，維持恒定,；同理,，VDD下降時，M6管電流減小,，CP充電,，引起VDD升高，總體保持不變,，而M1,、M3和M4管的飽和壓降提供了3．5V電壓值。

結(jié)論

當(dāng)片內(nèi)電阻為910Ω,，電容取500PF時在卡片與讀寫器距離為5CM,、6CM、10CM時,，輸出電壓可以達(dá)到3．5V,，有大約02V左右的波動，有很好的穩(wěn)定性,。
在距離為5CM時,，改變片內(nèi)電容，分別取200PF,、500PF,、IO00PF，輸出電壓的穩(wěn)定性隨電容的增加而增加,。
固定片內(nèi)電容為500PF,，改變輸入電Vip值，即模擬輸出電壓VDD隨距離d的改變而產(chǎn)生的變化,。當(dāng)Vip低于4．5V時,，VDD低2.8V，不能維持電路正常工作需要,，故Vip要高于4．5V,；隨Vip升高，VDD略有抬高,，基本可穩(wěn)定在3．5V左右,，但電源的穩(wěn)定性變差。

綜上所述,，在讀卡器的正常工作距離5—10CM以內(nèi),，該電源產(chǎn)生電路可以為卡片內(nèi)部電路提供其正常工作所需的3．5V直流電壓，解決了卡內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定的電壓源電路的設(shè)計需要,，具有實際意義,。