非接触式IC卡的设计技巧

    系统特性 

    将数字化资讯从资讯源传送至资讯传输目的地的无线通信系统，一般都可以进行类似图1的通信系统模式化分析。通信系统的作业模式可以分成变调方式与编码方式，但不论哪种方式非接触式IC卡系统处理的资讯主要是与金融、个人隐私有关的高敏感性数字资料，因此非接触式IC卡通信系统不允许有方式任何错误，要求达到完全无错误(error free)水准。 

    虽然非接触式IC通信系统的资料传输距离d只有数十cm，传输波长却高达2.2m(13.56MHz)，因此d<λ<2π成立，这意味着非接触式IC卡系统使用电磁结合领域，进行数字化金融与个人隐私资料通信，然而这种方式极易因为各种因素，造成其中一方的特性例如阻抗(impedance)的变动影响通信品质。
　 

图1 通信系统作业模式

    图2是非接触式IC卡片用读写器(RW: Read & Writer)的动作原理，如图所示非接触式IC卡片本身并无电源，因此RW供应电源给IC卡片的同时还必需进行通信作业，RW与loop天线亦即IC卡片的天线变成电磁性结合状态，RW利用13.56MHz的传输波供应电源给IC卡。

    此时RW若传送资料给IC卡片时，RW会传输变调度大约10%左右的ASK(振幅输变)信号给IC卡片，IC卡片检测该信号并转换成资料；反之如果从IC卡片传送资料给RW时，IC卡片变成从RW接收无变调信号状态，接着利用IC卡片内的变调器产生负载变动，RW将此负载变动当成自我loop天线，亦即RW的天线的电流、电压变化检测并将资料復调。表1是FeilCa的物理层与资料鍊层的主要规格。
　 

图2 RW的动作原理

表1 物理层与资料鍊层的规格

    接着介绍有关如何达成「完全无错误」的电路品质与错误控制相关技术。最近几年强大的错误修正技术，使得许多完全无错误化的要求获得实现，由于非接触式IC卡片通信系统的packet长度高达数百位元，因此错误修正效果几乎被局限在随机错误(random error)范围，理论上如果能维持比较良好的位元错误率，会比採用低编码效率与不良的修正码更具实用效果，依此判断研究人员最后决定採用低冗长度，而且可以对错误检测码进行再送控制的混合方式，事实上传统FeilCa也是沿袭上述架构进行错误救济再送控制。

    不过上述方式回路的位元错误率会变差，而且再送次数则大幅增加，其结果反而会造成非接触式IC卡通信系统的通信成功率恶化，例如packet长度为256进行2次再送时，为获得通信错误率10-8，回路的位元错误率必需低于10-5，此时若以ASK的非同步检波获得10-5的位元错误率，S/N比大约需要15dB左右，如此才能确保RW的预期目标。实现以上位元错误率目标值的关键，是如何对策阻抗(impedance)特性变动的技术，具体内容分别是: 

    ‧非接触式IC卡片特性变动的对策
    ‧RW设置环境的适应性

    非接触式IC卡片具备无形状上限制等特徵，因此最近几年甚至出现内建非接触式IC晶片的手錶与list band等商品，依此观之未来势必推广至移动电话等领域，然而RW的广泛应用却造成RW的相容性、如何同时辨识复数非接触式IC卡片、如何设计复数RW之间不会相互干扰等问题成为重要课题，亦即今后必需克服以下问题: 

    ‧支援多样化媒体与周围环境的适应性
    ‧复数非接触式IC卡片的辨识能力
    ‧抑制复数RW之间相互干扰

    对策技术 

    图3是媒体特性对非接触式IC卡片通人系统的影响实例，如图所示它是非接触式IC卡片－RW之间的距离，与RW－非接触式IC卡片之间的信号强度对复数个卡片共振频率fc变数的互动关系，由图可知fc相异时通信特性相对变大，尤其是fc=15MHz的特性，非接触式IC卡片－RW之间的距离d=10mm时，信号强度几乎接近zero cross。
　 

图3 通信距离与信号强度的关系

    图4是有关RW天线附近设置钣金元件对时，RW天线的阻抗受到的影响分析结果，由图可知由于钣金元件内部有涡电流流动，因此阻抗成份减少共振频率数则朝高点方向移动。
　 

图4 钣金元件对RW天线的影响