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智能卡天线设计考虑因素及应用方案

近年来,非接触式智能卡越来越多地用于支付和识别领域。除了目前使用最广泛的智能卡总线行业外,越来越多的国家正在考虑将非接触式应用扩展到其他国家项目。鉴于非接触式智能卡应用的全球增长,并考虑到不同产品的技术要求和最终客户的不同需求,设计满足不同应用需求的智能卡天线已成为一项具有挑战性的任务。本文将讨论智能卡天线设计中需要考虑的各种因素,以及不同应用领域的挑战。

智能卡天线设计需要考虑的因素

智能卡天线是通过对读卡器产生的射频(RF)磁场的电磁感应向智能卡集成电路(IC)供电的电子部件。它也是智能卡IC和读卡器之间的通信介质。设计不当的天线会大大降低IC卡的性能,设计合理的天线有助于IC卡实现最佳的设计性能,实现以下功能:

工作现场和负载调制要求符合ISO/IEC 14443/10373-6

符合PayPass-ISO/IEC 14443实施规范--V1.1和EMV非接触式通信协议规范V2.0,与现有认证读卡器兼容,优化工作距离:为特定应用带来最佳工作距离,不影响智能卡功能支持多张卡,即使这些卡堆叠在一起

天线在卡中的准确定位:为了确保智能卡与带有小天线的读卡器一起使用,天线必须设计在卡上的特定区域。因为只有这样,智能卡的天线和读卡器才能实现预定的磁耦合。

智能卡天线设计考虑因素及应用方案

图标题:双界面非接触式智能卡的典型结构

addiTIonal overlay-coaTIng箔,厚度50-100um:附加覆盖层,厚度50-100微米

印刷覆盖箔,厚度100-150um:印刷覆盖层,厚度100-150微米

带线圈的基本箔:200-300um,PVC,表面无胶:带线圈的基层:200-300微米,PVC材料,脱胶表面

模块:540um总厚度:模块:总厚度540微米

在智能卡天线设计中,需要考虑影响卡谐振频率的三个主要部件。为了优化智能卡工作距离和RF通信稳定性,必须充分考虑这些组件的影响。

 集成电路(IC)

这是核心部分。芯片的输入电容和最小工作电压将决定智能卡的最大工作距离和多个卡的同时操作。

 IC模块

智能卡IC放置在模块内。该模块使IC易于操作,同时保护IC免受外部应力(如过度弯曲等)和紫外线损坏。此外,模块设计扩展了天线连接区域,为不同的天线连接方法提供了便利。在智能卡封装过程中,模块比裸IC更常用。从电气角度来看,该模块为IC卡的谐振电路增加了额外的电容。

智能卡封装材料

由于其介电特性,封装材料还为最终IC卡的谐振电路增加了额外的电容。智能卡天线设计及其对特定应用领域的影响是否适用于所有应用而没有任何故障的智能卡天线?不是这种情况。精心设计的天线在非接触式应用的整体性能中起着极其重要的作用,但不同应用的技术要求完全不同。因此,设计通用天线是一项具有挑战性的任务。以下部分简要介绍了一些典型应用中面临的挑战。

支付应用

卡和读卡器系统之间的关键耦合当读卡器小于智能卡时,RF通信是一项挑战。为了简单和易于设计,目前流行的标准是设计尽可能小且尽可能紧凑的非接触式读卡器。这意味着阅读器的天线小于通常的ID1尺寸。但是,业内普遍接受的大多数支付卡(如Visawave,Paywave,JCB)仍然采用ISO/IEC 7810标准(ID1,85mm * 54mm),并使用较小尺寸的读卡器进行RF通信。挑战。

这种情况在卡和读取器系统之间产生了关键的耦合效应,这通常导致卡和读取器之间的RF通信极不稳定。虽然看似不合理,但这种耦合效果确实违反了基本逻辑,即卡越接近读卡器,耦合效果越强!

但是,可以使用以下方法来最小化此问题的影响:

为了克服由卡天线和读取器天线的尺寸不匹配引起的负面影响,一种方法是设计者可以调整卡天线和读取器天线的尺寸,使得读取器天线的尺寸是大于卡天线。 。根据支付系统的限制,可以调整阅读器天线或改变智能卡天线设计。事实上,只有ID1一半大小的支付卡在市场上越来越受欢迎。虽然这种方法解决了上述问题,但也带来了其他问题。这些卡只有ID1的一半,很难满足ISO 14443规定的最小负载调制要求。尽管如此,业界发现设计使用更小的外形尺寸(ID1/2和ID1/3)并满足ISO14443中规定的负载调制限制。

改变卡天线的设计(如电感,线圈材料等),以达到调整Q值或谐振频率的目的。如果线圈的Q值低,则其传输到卡的能量耦合相对较小,并且使卡失谐以获得更高的谐振频率将实现相同的效果。这两种方法都可以减少卡天线和阅读器天线之间的相互作用,从而减少它们之间的耦合效应。这种方法的优点是不需要改变阅读器的设计以避免升级阅读器系统的高成本。当然,这种方法的缺点是它不能完全满足某些项目的工作距离要求。虽然问题不能完全解决,但这种方法仍然可以大大减少耦合效应的负面影响。

 电磁干扰(EMD)

设计者面临的另一个问题是电磁干扰(EMD)。作为无源设备,非接触式智能卡捕获读取器产生的RF场的所有能量。在内部操作期间,例如加密计算,EEPROM编程等,IC在其提供能量的RF场上产生电磁干扰(EMD)。这种干扰导致读卡器的接收电路检测到“错误”的“通信信息”,导致卡与读卡器系统之间出现通信问题。卡与读卡器的距离越近,影响越大。虽然干扰可以通过部分缓解微调卡天线系统(例如,调整线圈的调谐电感),问题无法完全解决。现在,IC时钟技术的改进已经在很大程度上解决了这个问题,包括内置的硬件EMD抑制机制。/p>

公交应用

公交车行业是最早采用非接触式技术的行业之一,但由于大多数读卡设备都是在六,七年前安装的,有些甚至是在ISO14443标准开发之前安装的,因此设施相当陈旧。该领域的主要挑战是不符合相关标准。由总线工业中的一些过时读取器产生的调制参数不完全符合ISO 14443标准,导致卡和读取器之间的所谓通信“漏洞”。 ISO14443标准规定了卡和读卡器的相应RF参数。这些参数给出了指定RF信号的工作范围,确保卡和读卡器在满足这些参数时可以实现互操作性。因此,如果读取器产生的调制RF参数超过ISO标准规定的限制,则难以实现读卡器和卡之间的互操作性。上述参数与ISO标准不匹配的问题通常与ISO14443标准定义的“悬挂模式”的生成有关。它通常表示为读取器波形的上升时间,下降时间,过冲信号和残余载波。不合格。优化卡天线的设计并不能完全解决这些问题,因此更可靠的澳门皇冠是用新的ISO兼容设备替换那些过时的读卡器,但是这种选择可能是不可能的,因为所有替换都是可能的。使用的设施成本高,在某些情况下可能不可行。

因此,可行的澳门皇冠是改进具有优异容错性的非接触式智能卡IC的设计,以适应不符合ISO标准的这些读卡器系统。

身份识别应用

近年来,政府实施的识别项目已成为非接触式技术发展的主要推动力,也促使业界更加重视ISO标准的实施,强调卡片和读卡器系统的互操作性。

上面讨论的有关支付应用程序的问题也存在于身份应用程序政府身份系统与其他系统之间的区别在于政府已经制定了基于应用程序的标准,例如ICAO LDS,以及行业中的关键组织。 RF协议测试等,并在整个产业链中得到严格遵守和推广。电子护照马赛克设计的总体框架由国际民航组织“电子护照射频协议和应用测试标准 - 第2部分”(第1类天线)规范。

这些标准与强制性的美国电子护照规定一起,有效地确保了卡和读卡器系统之间的互操作性和一致性,迫使参与国加速其电子护照项目。多年来,参与美国免签证计划的大多数国家都积极参与国际民航组织电子护照互操作性测试和跨境试点项目,这些项目是非接触式读卡器,Inlay和芯片制造商提供了一个平台,使他们能够共同努力制定共同标准并解决该特定领域的互操作性问题。

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