射頻識(shí)別技術(shù)漫談(3)——能量、調(diào)制

無(wú)源和免接觸是非接觸式IC卡相對(duì)于接觸式IC卡的兩大特點(diǎn)。無(wú)源是指卡片上沒(méi)有電源，免接觸是指對(duì)卡片的讀寫(xiě)操作不必和讀寫(xiě)器接觸。非接觸式智能卡也是IC卡，而卡上的IC即集成電路工作時(shí)肯定是需要電源的，卡片自身沒(méi)有電源而又不和讀寫(xiě)器接觸，那么電源從哪里來(lái)的呢？
其實(shí)回答這個(gè)問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，那就是電磁感應(yīng)。讀寫(xiě)器產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，卡片上的天線是一個(gè)LC振蕩電路，且這個(gè)振蕩電路的共振頻率和讀寫(xiě)器電磁場(chǎng)的頻率一致。當(dāng)卡片進(jìn)入讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)，卡上的振蕩電路起振，電路振蕩意味著有電子的流動(dòng)，有電子的流動(dòng)就可以用二極管讓電子積累，電子的積累就會(huì)形成電壓，有了電壓智能卡就能工作了?？ㄆ@得能量的方式大體就是這樣，具體的實(shí)現(xiàn)方法，如果不打算自己做卡就沒(méi)必要深究，只要懂得原理就可以了。如果還不明白，想想變壓器吧，變壓器的原邊和副邊也是絕緣的，但能量卻可以從原邊傳遞到副邊，射頻卡獲得能量的方式就相當(dāng)于變壓器的副邊。
能量有了，那么讀寫(xiě)器和卡片又是如何進(jìn)行信息交流的呢？既然是免接觸，那就只有通過(guò)無(wú)線電傳輸了。無(wú)線電傳輸很少有直接發(fā)送信號(hào)的，一般都是選定某一頻率的載波，也就是正弦波，發(fā)送方把有用信號(hào)調(diào)制在載波上，接收方解調(diào)收到的信號(hào)，把載波去掉得到有用信號(hào)。無(wú)論電視、廣播、手機(jī)通訊還是射頻卡，其基于無(wú)線電通訊的原理都是一樣的。
載波(正弦波)有三要素，幅度、頻率和相位，相應(yīng)的有用信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制也有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)幅是改變載波的幅度記錄有用信號(hào)，調(diào)頻是改變載波的頻率記錄有用信號(hào)，調(diào)相是改變載波的相位記錄有用信號(hào)。調(diào)幅電路簡(jiǎn)單，容易受干擾，調(diào)頻和調(diào)相結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，但抗干擾能力強(qiáng)，一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是你的收音機(jī)FM(調(diào)頻)比AM(調(diào)幅)聲音好聽(tīng)的多。另外，調(diào)幅和調(diào)頻要求載波頻率遠(yuǎn)大于有用信號(hào)的最高頻率，通常要10倍以上，而調(diào)相則無(wú)此要求，載波頻率可以高于、等于（2BPSK）甚至低于（4BPSK，16BPSK）有用信號(hào)的頻率。
基于上述三種調(diào)制的特點(diǎn)，射頻卡通訊距離最大不過(guò)幾米，平常用的接近卡(PICC)最大距離才10公分，在這么短的距離范圍內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)較強(qiáng)的局部射頻場(chǎng)，幾乎可以不用考慮干擾。射頻卡上沒(méi)有電源，尤其成本考慮，自然要求卡上電路越簡(jiǎn)單越好。所以，調(diào)幅雖然易受干擾但電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成為射頻卡調(diào)制的首選。
調(diào)幅有一個(gè)指標(biāo)叫調(diào)制系數(shù)，也就是衡量有用信號(hào)對(duì)載波幅度的調(diào)制有多大。調(diào)制系數(shù)為0，相當(dāng)于沒(méi)有調(diào)制，調(diào)制系數(shù)為1則相當(dāng)于把載波的幅度調(diào)為0，一般調(diào)制系數(shù)都在0.1-0.9之間。顯然由于射頻卡需要從磁場(chǎng)中獲得能量，如果調(diào)制系數(shù)接近1，意味著磁場(chǎng)關(guān)閉了，時(shí)間短了還行，時(shí)間長(zhǎng)了卡上的電源必然會(huì)消失，卡片的基本工作條件都沒(méi)有了，但調(diào)制系數(shù)大抗干擾能力強(qiáng)，容易解調(diào)。相反，調(diào)制系數(shù)小，卡片可以獲得穩(wěn)定的能量供應(yīng)，但抗干擾能力弱，解調(diào)困難一些。
在讀寫(xiě)器與卡片的信息交流過(guò)程中，讀寫(xiě)器產(chǎn)生射頻場(chǎng)，向卡片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)制自己產(chǎn)生的射頻場(chǎng)，這很好理解。但卡片是被動(dòng)的，不僅不能產(chǎn)生射頻場(chǎng)，還要從讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)中獲取能量，那又如何通過(guò)調(diào)制射頻場(chǎng)向讀寫(xiě)器回送數(shù)據(jù)呢？射頻識(shí)別技術(shù)中采用了一種叫做負(fù)載調(diào)制的方法。其原理也非常簡(jiǎn)單，還是以變壓器為例，我們都有這樣的常識(shí)，如果變壓器的副邊突然接入一個(gè)大的負(fù)載，變壓器原邊電壓就會(huì)瞬間降低，切除負(fù)載，變壓器的原邊電壓就會(huì)馬上恢復(fù)。前面說(shuō)了，射頻卡相當(dāng)于變壓器的副邊，卡內(nèi)也有這樣一個(gè)負(fù)載，接通負(fù)載時(shí)射頻場(chǎng)的振蕩幅度會(huì)減小，切除負(fù)載，射頻場(chǎng)的幅度會(huì)恢復(fù)?？ㄆㄟ^(guò)負(fù)載是否接入來(lái)表示發(fā)送的數(shù)據(jù)，讀寫(xiě)器探測(cè)到射頻場(chǎng)的幅度改變，就能知道卡片發(fā)送什么數(shù)據(jù)了。這就是卡片回送數(shù)據(jù)的原理。

審核編輯 黃宇