多種天線集成在一張卡優(yōu)化設(shè)計

最近幾年，非接觸式智能卡已越來越多地應(yīng)用于支付和識別領(lǐng)域。除了當前智能卡使用最為廣泛的公交行業(yè)之外，越來越多的國家開始考慮將非接觸式應(yīng)用推廣至其他全國性項目。鑒于非接觸式智能卡應(yīng)用的全球性增長，同時考慮到不同產(chǎn)品的技術(shù)要求以及終端客戶的不同需求，設(shè)計滿足不同應(yīng)用需求的智能卡天線則成了一項極富挑戰(zhàn)性的工作。本文將討論智能卡天線設(shè)計過程中需要考慮的各種因素，以及在不同應(yīng)用領(lǐng)域中面臨的挑戰(zhàn)。

智能卡天線設(shè)計需要考慮的因素

智能卡天線是一種電氣組件，可通過讀卡器產(chǎn)生的射頻（RF）磁場的電磁感應(yīng)，向智能卡集成電路（IC）供電。它同時也是智能卡IC與讀卡器之間的通訊媒介。設(shè)計不當?shù)奶炀€會極大地降低IC卡的性能，而設(shè)計合理的天線則會幫助IC卡實現(xiàn)其設(shè)計的最佳性能，實現(xiàn)以下特性：

符合ISO/IEC 14443/10373-6規(guī)定的工作場域和負載調(diào)制要求
符合PayPass-ISO/IEC 14443執(zhí)行規(guī)范- V1.1 和 EMV非接觸式通訊協(xié)議規(guī)范V2.0相關(guān)要求, 兼容現(xiàn)有通過認證的讀寫器
優(yōu)化工作距離：為指定應(yīng)用帶來最佳工作距離，而不影響智能卡功能
支持多卡，即使這些卡相互疊放

天線在卡中的準確定位：為了保證智能卡與采用小型天線的讀卡器協(xié)同應(yīng)用，天線必須設(shè)計在卡上的一個特定的區(qū)域內(nèi)。因為只有這樣，智能卡和讀卡器的天線才能實現(xiàn)預(yù)定的磁耦合。

additional overlay-coating foil, thickness 50-100um：附加覆蓋層，厚度50-100微米
printed overlay foil, thickness 100-150um：印刷覆蓋層，厚度100-150微米
basic foil with coil: 200-300um, PVC, surface glueless：帶線圈的基層：200-300微米，PVC材質(zhì)，脫膠表面
Module: 540um total thickness：模塊：總厚度540微米

在智能卡天線設(shè)計中需要考慮三個會影響卡諧振頻率的主要元器件。為了使智能卡的工作距離和RF通訊穩(wěn)定性等性能指標達到最佳狀態(tài)，必須充分考慮到這些元器件的影響。
集成電路(IC)

這是核心部分，芯片的輸入電容和最小工作電壓將決定智能卡的最大工作距離和多卡同時工作等特性。

IC模塊

智能卡IC置于模塊之內(nèi)。模塊使得IC易于處理，同時保護IC免受到外來壓力（如過度彎折等）和紫外線的損害。另外模塊設(shè)計擴大了天線連接區(qū)域，為采用不同的天線連接方式提供了方便。在智能卡封裝工序中，模塊比裸裝的IC更常使用。從電氣角度看，模塊給IC卡的諧振電路增加了額外的電容。

智能卡封裝材料

由于其介電性能，封裝材料也為最終IC卡的諧振電路增加了額外的電容。智能卡天線設(shè)計及其對特定應(yīng)用領(lǐng)域的影響良好設(shè)計的智能卡天線是否就可以適合所有的應(yīng)用領(lǐng)域而不會發(fā)生任何小故障？事實并非如此。仔細設(shè)計的天線對非接觸應(yīng)用產(chǎn)品的綜合性能具有極其重要的作用，但是不同的應(yīng)用其技術(shù)要求完全不同。因此，要設(shè)計出一款通用天線，是一項極富挑戰(zhàn)性的工作。以下內(nèi)容將簡要描述一些典型應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。

支付應(yīng)用

卡和讀卡系統(tǒng)之間的臨界耦合效應(yīng)當讀卡器比智能卡小時，RF 通訊就遇到了挑戰(zhàn)。出于簡化和設(shè)計方便的考慮，目前流行的標準是將非接觸式讀卡器設(shè)計得盡可能小，盡可能緊湊。這意味著讀卡器的天線要小于一般常見的ID1 的尺寸。然而，由于業(yè)內(nèi)普遍接受的大多數(shù)支付卡（例如Visawave, Paywave, JCB）仍然執(zhí)行ISO/IEC 7810 標準(ID1,85mm*54mm)的規(guī)定制式，使用較小尺寸的讀卡器就對RF 通訊提出了挑戰(zhàn)。

以上情形導(dǎo)致卡和讀卡器系統(tǒng)之間產(chǎn)生臨界耦合效應(yīng)，這種臨界耦合效應(yīng)通常會使卡和讀卡器之間的RF 通訊變得極不穩(wěn)定。盡管看似不合理，但這種耦合效應(yīng)確實有違基本的邏輯，即，卡離讀卡器越近，耦合效應(yīng)就越強！

但是，采用如下一些方法，可以最大限度減輕這個問題的影響：

為了克服因卡片天線和讀卡器天線的尺寸不匹配而造成的負面影響，一種方法是設(shè)計者可以調(diào)整卡片天線和讀卡器天線的尺寸，使得讀卡器天線的尺寸比卡片天線的大。根據(jù)支付系統(tǒng)的限制條件，可對讀卡器天線加以調(diào)整或者改變智能卡天線的設(shè)計。事實上，尺寸只有ID1 一半的支付卡在市場上已經(jīng)越來越普遍。這種方法雖然解決了上述難題，但它也帶來了其他問題。這些尺寸只有ID1 一半的卡很難滿足ISO14443 規(guī)定的關(guān)于最小負載的調(diào)制要求。盡管如此，業(yè)內(nèi)已經(jīng)找到一些采用較小外形尺寸（ID1/2 和ID1/3），并滿足ISO14443 規(guī)定的負載調(diào)制限制的設(shè)計方案。