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(xiàng)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(jì)[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(gè)區(qū),，每區(qū)4個(gè)塊,，其中射頻接口模塊主要完成以下幾個(gè)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(shí)自動(dòng)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(shí),，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(chǔ)區(qū)中選擇所需應(yīng)用,。認(rèn)證與存取控制電路一驗(yàn)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(chǔ)數(shù)據(jù)。

射頻卡的設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)高速(106KB波特率)的接口,，—個(gè)控制單元和—個(gè)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(gè)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(lì)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(gè)電容的另一端，接有—個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另—個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存,，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，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(jì)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(shí)又作為儲(chǔ)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(gè)直流電壓,，但此時(shí)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(shí),，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(gè)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(shí),，便可獲得—個(gè)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(shí),，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(shí)，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(shí)在卡片與讀寫器距離為5CM,、6CM,、10CM時(shí)，輸出電壓可以達(dá)到3．5V,，有大約02V左右的波動(dòng),，有很好的穩(wěn)定性。
在距離為5CM時(shí),，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(shí),，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(jì)需要，具有實(shí)際意義,。