基于IC智能卡中的非接触式读写模块设计

　引言

　　IC智能卡中的接触式卡以及非接触式IC智能射频卡的高度安全保密性。使之在IC卡领域异军突起。特别是在公共交通行业的电子车票、卫生医药中的医疗保险、停车场等封闭式场所管理、身份识别、智能大厦中的电子巡更保安系统等领域中应用前景尤为广阔[1]。

　　目前国际上非接触式IC智能射频卡中的主流技术是PHILIPS公司的MIFARE技术．已经被制定为国际标准一IS014443 TYPEA标准。本模块采用的国产非接触卡读卡机专用芯片FM1702，正是基于此国际标准。该模块具有体积小、易于嵌入到应用系统中使用的特点。

　　1 FM1702SL简介

　　FM1702SL是复旦微电子股份有限公司基于IS014443标准设计的非接触卡读卡机专用芯片，该芯片采用的是0．6微米CMOS EEPROM工艺制造．可支持ISOl4443 typeA协议和MIFARE标准的加密算法。芯片内部集成了模拟调制解调电路。因而只需搭接最少量的外围电路就可以工作。FM1702SL芯片支持SPI接口，其数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于ISO14443标准下的水、电、煤气表等计费系统的读卡器的应用。该芯片的三路电源都适用于低电压。

　　2 非接触读写系统组成

　　该系统主要由MCU、FM1702SL、RS232／I2C通信模块、ISP在线调试接口和天线组成。系统组成框图如图1所示。用户只需简单地通过选定的UART或IIC接口发送命令就可以对卡片进行操作，MCU根据接收到的命令来控制FM1702SL，并由FM1702SL驱动天线对MiFare卡进行读写操作。

　　系统MCU采用PHILIPS增强型单片机LPC931，其可以通过ISP在线调试，且运行稳定。射频非接触式IC卡读写模块同时支持IIC和UART通讯接口。通过对模块的引脚设置电平可确定模块的通讯端口是IIC还是UART。

　　3 天线设计[2]

　　系统数据存储在无源Mifare卡中。读写模块的主要任务是将能量传输给Mifare卡。并与之建立通信。天线是非接触式IC卡读写模块的一个重要组成部分，在读写模块和非接触式IC卡通信过程中，天线用于产生能发射和接收射频信号的磁通量．而磁通量用于向卡提供电源并在读写模块和卡片之间传送信息。因此，在设计中要求天线线圈的电流最大，以用于产生最大的磁通量，并要确保有足够的带宽。读写模块的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后。读写模块的读卡距离可以达到10 cm。

　　由于FM1702SL的频率是13．56 MHz．属于短波段，因此可以采用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本系统采用的是矩型天线。天线的最大几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限。一般定义为：

　　L／λ≤1／(2π) 　　　(1)

　　式中，L是天线的最大尺寸，λ是工作波长。对于13．6 MHz的系统来说，天线的最大尺寸在50cm左右。

　　在天线设计中，品质因数Q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的读写器天线来说。较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度也较大，由此可改善对卡的传送功率。品质因数的计算公式为：

　　式中，f0是工作频率，Lcoil是天线的尺寸，Rcoil是天线的半径。