射频识别（RFID）技术近年来发展迅速，并获得了广泛应用。但作为一种无线射频技术，其电磁兼容（EMC）性能也越来越受到人们的关注。RFID涉及的频率范围甚广，包括低于135kHz、13.56MHz、433MHz、860－960MHz、2.45GHz、5.8GHz等多个频段。本文仅就低于135kHz和13.56MHz两个频段的电感耦合非接触RFID卡的电磁干扰（EMI）问题结合相关国际标准进行介绍和剖析。
电子产品的电磁兼容性
电子产品的电磁兼容性EMC包含两个方面：一是电磁干扰EMI，另一是抗电磁干扰能力EMS。EMI是指电子产品产生的任何可能降低其它装置、设备、系统的性能，或可能对生物、物质产生不良影响的电磁效应。EMS是指电子产品在某种电磁环境下，其性能不致造成恶化的抵御能力。
对于电子产品EMI的严格限制，体现在很多国际标准和相关国家标准中。制定这些标准的代表性机构和组织有：国际无线电干扰特别委员会CISPR、国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC、美国联邦通信委员会FCC、欧洲电信标准研究所EISI等。一个电子产品必须符合相关的EMI标准，否则不能在该地区或国家的市场销售和使用。
电感耦合非接触式IC卡的工作频率范围和标准
通常，电感耦合非接触式IC卡的工作频率为低于135kHz和13.56MHz。工作在13.56MHz的非接触式IC卡又可分为近耦合IC卡（PICC）和疏耦合卡（VICC）。其读写器亦被称之为PCD和VCD。
低于135kHz的频率主要适用于较低成本的应答标签芯片。系统的读写器可以提供较高功率，该频段对于非金属材料和水具有较高的穿透深度，因此在生物识别、水表等领域有着广泛的应用。由于其载波频率较低，虽然应答器的功耗也较低，但数据传输速率不高。目前，ISO/IEC18000-2给出了这类系统的空中接口标准。
13.56MHz是世界范围的工业，科学和医疗频段（ISM）。在此频段工作的RFID由于载波频率较高，在应答器中可以采用微处理器，因而可以实现智能非接触IC卡功能。此外，在此载波频率下，应答器的天线回路可以实现片上电容和印刷电感的谐振威廉希尔官方网站
，为其应用获得了很大的便利。
13.56MHz射频识别主要的标准有：①ISO/IEC 14443，是近耦合IC卡系统的标准，它又分为TYPE A和TYPE B两种；②ISO/IEC 15693，是疏耦合IC卡系统的标准；③ISO/IEC18000-3标准，它有两种模式，即MODE 1和MODE 2，MODE 1和ISO/IEC 15693标准兼容，MODE 2给出了相位抖动调制（PJM）等新方法。
低于135kHz的非接触IC卡的EMI标准
在低于135kHz的非接触IC卡中，采用125kHz的芯片较多。其读写器威廉希尔官方网站
的功放为B类或D类威廉希尔官方网站
，采用具有电感回路的天线发送器，属于小功率和微功率发射。对于在此频率范围的射频识别系统，有下述规范：
允许最大场强
·FCC标准
FCC标准第15部分209节（FCC part15.209）规定了其载波的允许场强，是以最大电场强度E给出的，即E不大于（2400/f）mV/m@300m。其中：f为9“490kHz，@300m 表示距离为300m。因此，对于125kHz频率，其E应不大于19.2mV/m@300m。如果将其换算为dBmV，则E=19.2mV/m为E=20log（19.2/1）=25.66dBmV/m。
·其它标准
在另外一些标准中，允许最大场强是以H场给出的。例如EN300330和德国的标准17TR2100。E场和H场表示值可以用下式来相互推算，即：
H［dBmA/m ］=E［dBmV/m］-51.5dB
在17TR2100中，规定的极限值为H= 13.5dBmA/m@30m。将此值按上式转换，可以得到E=65 dBmV/m@30m。
如果我们将FCC标准的300 m距离换算为30m，按40dB/十倍距离（自由场的衰减值）增加，则25.66dBmV/m@300m可表示为65.66dBmV/m@30m。从上面的推算看，两种标准的极限值是差不多的。如果将此表示为10m处的场值，则可得到约为40log（30/10）+13.5=32.5 dBmA/m。
调制频带宽度和寄生发射
在非接触IC卡系统的数据通信过程中，由应答器向读写器的通信采用负载调制。读写器向应答器的通信常采用间隙振幅移位键控（ASK）调制。这些都需用一定的调制频带宽度。
寄生发射指的是对载波频率或调制边带不做出贡献的发射。在非接触IC卡系统中，读写器功放和调制威廉希尔官方网站
是产生谐波和其它频谱的主要部分。非接触式IC卡系统在调制频带的场强以及寄生发射都不能超出EMI有关标准规定的允许极限值。
13.56MHz的EMI标准
允许最大场强
·非接触IC卡标准
在13.56MHz ISO/IEC 14443标准中规定其PCD产生的场强在1.5A/m_7.5A/m之间。其应答器（PICC）的动作场强Hmin？.5A/m。在ISO/IEC 15693标准中规定为VCD产生的场强为115mA/m”7.5A/m，应答器（VICC）的动作场强Hmin？15m A/m。
·有关EMI标准
①FCC标准
FCC part 15.225规定RFID系统载波频率范围为13.56MHz±7kHz，载波场强为30m处10mV/m。
②EN300330（9kHz“25MHz）标准
EN300330标准规定了第一类发送器（指具有电感回路天线的发送器，天线由具有一个或几个线圈的绕组构成）的载波功率极限值。测量在H场具有最大值的方向和在自由空间进行。EN300330规定的极限值是42dBmA/m@10m。
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：
读写器射频前端威廉希尔官方网站
设计
在读写器射频威廉希尔官方网站
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卡系统的威廉希尔官方网站
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，应仔细调整威廉希尔官方网站
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，而相干解调威廉希尔官方网站
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。
射频识别（RFID）技术近年来发展迅速，并获得了广泛应用。但作为一种无线射频技术，其电磁兼容（EMC）性能也越来越受到人们的关注。RFID涉及的频率范围甚广，包括低于135kHz、13.56MHz、433MHz、860－960MHz、2.45GHz、5.8GHz等多个频段。本文仅就低于135kHz和13.56MHz两个频段的电感耦合非接触RFID卡的电磁干扰（EMI）问题结合相关国际标准进行介绍和剖析。
电子产品的电磁兼容性
电子产品的电磁兼容性EMC包含两个方面：一是电磁干扰EMI，另一是抗电磁干扰能力EMS。EMI是指电子产品产生的任何可能降低其它装置、设备、系统的性能，或可能对生物、物质产生不良影响的电磁效应。EMS是指电子产品在某种电磁环境下，其性能不致造成恶化的抵御能力。
对于电子产品EMI的严格限制，体现在很多国际标准和相关国家标准中。制定这些标准的代表性机构和组织有：国际无线电干扰特别委员会CISPR、国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC、美国联邦通信委员会FCC、欧洲电信标准研究所EISI等。一个电子产品必须符合相关的EMI标准，否则不能在该地区或国家的市场销售和使用。
电感耦合非接触式IC卡的工作频率范围和标准
通常，电感耦合非接触式IC卡的工作频率为低于135kHz和13.56MHz。工作在13.56MHz的非接触式IC卡又可分为近耦合IC卡（PICC）和疏耦合卡（VICC）。其读写器亦被称之为PCD和VCD。
低于135kHz的频率主要适用于较低成本的应答标签芯片。系统的读写器可以提供较高功率，该频段对于非金属材料和水具有较高的穿透深度，因此在生物识别、水表等领域有着广泛的应用。由于其载波频率较低，虽然应答器的功耗也较低，但数据传输速率不高。目前，ISO/IEC18000-2给出了这类系统的空中接口标准。
13.56MHz是世界范围的工业，科学和医疗频段（ISM）。在此频段工作的RFID由于载波频率较高，在应答器中可以采用微处理器，因而可以实现智能非接触IC卡功能。此外，在此载波频率下，应答器的天线回路可以实现片上电容和印刷电感的谐振威廉希尔官方网站
，为其应用获得了很大的便利。
13.56MHz射频识别主要的标准有：①ISO/IEC 14443，是近耦合IC卡系统的标准，它又分为TYPE A和TYPE B两种；②ISO/IEC 15693，是疏耦合IC卡系统的标准；③ISO/IEC18000-3标准，它有两种模式，即MODE 1和MODE 2，MODE 1和ISO/IEC 15693标准兼容，MODE 2给出了相位抖动调制（PJM）等新方法。
低于135kHz的非接触IC卡的EMI标准
在低于135kHz的非接触IC卡中，采用125kHz的芯片较多。其读写器威廉希尔官方网站
的功放为B类或D类威廉希尔官方网站
，采用具有电感回路的天线发送器，属于小功率和微功率发射。对于在此频率范围的射频识别系统，有下述规范：
允许最大场强
·FCC标准
FCC标准第15部分209节（FCC part15.209）规定了其载波的允许场强，是以最大电场强度E给出的，即E不大于（2400/f）mV/m@300m。其中：f为9“490kHz，@300m 表示距离为300m。因此，对于125kHz频率，其E应不大于19.2mV/m@300m。如果将其换算为dBmV，则E=19.2mV/m为E=20log（19.2/1）=25.66dBmV/m。
·其它标准
在另外一些标准中，允许最大场强是以H场给出的。例如EN300330和德国的标准17TR2100。E场和H场表示值可以用下式来相互推算，即：
H［dBmA/m ］=E［dBmV/m］-51.5dB
在17TR2100中，规定的极限值为H= 13.5dBmA/m@30m。将此值按上式转换，可以得到E=65 dBmV/m@30m。
如果我们将FCC标准的300 m距离换算为30m，按40dB/十倍距离（自由场的衰减值）增加，则25.66dBmV/m@300m可表示为65.66dBmV/m@30m。从上面的推算看，两种标准的极限值是差不多的。如果将此表示为10m处的场值，则可得到约为40log（30/10）+13.5=32.5 dBmA/m。
调制频带宽度和寄生发射
在非接触IC卡系统的数据通信过程中，由应答器向读写器的通信采用负载调制。读写器向应答器的通信常采用间隙振幅移位键控（ASK）调制。这些都需用一定的调制频带宽度。
寄生发射指的是对载波频率或调制边带不做出贡献的发射。在非接触IC卡系统中，读写器功放和调制威廉希尔官方网站
是产生谐波和其它频谱的主要部分。非接触式IC卡系统在调制频带的场强以及寄生发射都不能超出EMI有关标准规定的允许极限值。
13.56MHz的EMI标准
允许最大场强
·非接触IC卡标准
在13.56MHz ISO/IEC 14443标准中规定其PCD产生的场强在1.5A/m_7.5A/m之间。其应答器（PICC）的动作场强Hmin？.5A/m。在ISO/IEC 15693标准中规定为VCD产生的场强为115mA/m”7.5A/m，应答器（VICC）的动作场强Hmin？15m A/m。
·有关EMI标准
①FCC标准
FCC part 15.225规定RFID系统载波频率范围为13.56MHz±7kHz，载波场强为30m处10mV/m。
②EN300330（9kHz“25MHz）标准
EN300330标准规定了第一类发送器（指具有电感回路天线的发送器，天线由具有一个或几个线圈的绕组构成）的载波功率极限值。测量在H场具有最大值的方向和在自由空间进行。EN300330规定的极限值是42dBmA/m@10m。
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：
读写器射频前端威廉希尔官方网站
设计
在读写器射频威廉希尔官方网站
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卡系统的威廉希尔官方网站
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，应仔细调整威廉希尔官方网站
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，而相干解调威廉希尔官方网站
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。
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