基于IC智能卡中的非接觸式讀寫模塊設計

　引言

　　IC智能卡中的接觸式卡以及非接觸式IC智能射頻卡的高度安全保密性。使之在IC卡領域異軍突起。特別是在公共交通行業的電子車票、衛生醫藥中的醫療保險、停車場等封閉式場所管理、身份識別、智能大廈中的電子巡更保安系統等領域中應用前景尤為廣闊[1]。

　　目前國際上非接觸式IC智能射頻卡中的主流技術是PHILIPS公司的MIFARE技術．已經被制定為國際標準一IS014443 TYPEA標準。本模塊采用的國產非接觸卡讀卡機專用芯片FM1702，正是基于此國際標準。該模塊具有體積小、易于嵌入到應用系統中使用的特點。

　　1 FM1702SL簡介

　　FM1702SL是復旦微電子股份有限公司基于IS014443標準設計的非接觸卡讀卡機專用芯片，該芯片采用的是0．6微米CMOS EEPROM工藝制造．可支持ISOl4443 typeA協議和MIFARE標準的加密算法。芯片內部集成了模擬調制解調電路。因而只需搭接最少量的外圍電路就可以工作。FM1702SL芯片支持SPI接口，其數字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。特別適用于ISO14443標準下的水、電、煤氣表等計費系統的讀卡器的應用。該芯片的三路電源都適用于低電壓。

　　2 非接觸讀寫系統組成

　　該系統主要由MCU、FM1702SL、RS232／I2C通信模塊、ISP在線調試接口和天線組成。系統組成框圖如圖1所示。用戶只需簡單地通過選定的UART或IIC接口發送命令就可以對卡片進行操作，MCU根據接收到的命令來控制FM1702SL，并由FM1702SL驅動天線對MiFare卡進行讀寫操作。

　　系統MCU采用PHILIPS增強型單片機LPC931，其可以通過ISP在線調試，且運行穩定。射頻非接觸式IC卡讀寫模塊同時支持IIC和UART通訊接口。通過對模塊的引腳設置電平可確定模塊的通訊端口是IIC還是UART。

　　3 天線設計[2]

　　系統數據存儲在無源Mifare卡中。讀寫模塊的主要任務是將能量傳輸給Mifare卡。并與之建立通信。天線是非接觸式IC卡讀寫模塊的一個重要組成部分，在讀寫模塊和非接觸式IC卡通信過程中，天線用于產生能發射和接收射頻信號的磁通量．而磁通量用于向卡提供電源并在讀寫模塊和卡片之間傳送信息。因此，在設計中要求天線線圈的電流最大，以用于產生最大的磁通量，并要確保有足夠的帶寬。讀寫模塊的性能與天線的參數有著直接的關系。在對天線的性能進行優化之后。讀寫模塊的讀卡距離可以達到10 cm。

　　由于FM1702SL的頻率是13．56 MHz．屬于短波段，因此可以采用小環天線。小環天線有方型、圓形、橢圓型、三角型等，本系統采用的是矩型天線。天線的最大幾何尺寸同工作波長之間沒有一個嚴格的界限。一般定義為：

　　L／λ≤1／(2π) 　　　(1)

　　式中，L是天線的最大尺寸，λ是工作波長。對于13．6 MHz的系統來說，天線的最大尺寸在50cm左右。

　　在天線設計中，品質因數Q是一個非常重要的參數。對于電感耦合式射頻識別系統的讀寫器天線來說。較高的品質因數值會使天線線圈中的電流強度也較大，由此可改善對卡的傳送功率。品質因數的計算公式為：

　　式中，f0是工作頻率，Lcoil是天線的尺寸，Rcoil是天線的半徑。