射頻識别技術漫談(3)——能量、調制

無源和免接觸是非接觸式ic卡相對于接觸式ic卡的兩大特點。無源是指卡片上沒有電源，免接觸是指對卡片的讀寫操作不必和讀寫器接觸。非接觸式智能卡也是ic卡，而卡上的ic即內建電路工作時肯定是需要電源的，卡片自身沒有電源而又不和讀寫器接觸，那麼電源從哪裡來的呢？ 

    其實回答這個問題非常簡單，那就是電磁感應。讀寫器産生一個電磁場，卡片上的天線是一個lc振蕩電路，且這個振蕩電路的共振頻率和讀寫器電磁場的頻率一緻。當卡片進入讀寫器的射頻場，卡上的振蕩電路起振，電路振蕩意味着有電子的流動，有電子的流動就可以用二極管讓電子積累，電子的積累就會形成電壓，有了電壓智能卡就能工作了。卡片獲得能量的方式大體就是這樣，具體的實作方法，如果不打算自己做卡就沒必要深究，隻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于變壓器的副邊。

    能量有了，那麼讀寫器和卡片又是如何進行資訊交流的呢？既然是免接觸，那就隻有通過無線電傳輸了。無線電傳輸很少有直接發送信号的，一般都是標明某一頻率的載波，也就是正弦波，發送方把有用信号調制在載波上，接收方解調收到的信号，把載波去掉得到有用信号。無論電視、廣播、手機通訊還是射頻卡，其基于無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，相應的有用信号對載波的調制也有三種：調幅、調頻和調相。調幅是改變載波的幅度記錄有用信号，調頻是改變載波的頻率記錄有用信号，調相是改變載波的相位記錄有用信号。調幅電路簡單，容易受幹擾，調頻和調相結構複雜些，但抗幹擾能力強，一個簡單的例子是你的收音機fm(調頻)比am(調幅)聲音好聽的多。另外，調幅和調頻要求載波頻率遠大于有用信号的最高頻率，通常要10倍以上，而調相則無此要求，載波頻率可以高于、等于（2bpsk）甚至低于（4bpsk，16bpsk）有用信号的頻率。

    基于上述三種調制的特點，射頻卡通訊距離最大不過幾米，平常用的接近卡(picc)最大距離才10公分，在這麼短的距離範圍内形成一個相對較強的局部射頻場，幾乎可以不用考慮幹擾。射頻卡上沒有電源，尤其成本考慮，自然要求卡上電路越簡單越好。是以，調幅雖然易受幹擾但電路結構簡單，成為射頻卡調制的首選。

    調幅有一個名額叫調制系數，也就是衡量有用信号對載波幅度的調制有多大。調制系數為0，相當于沒有調制，調制系數為1則相當于把載波的幅度調為0，一般調制系數都在0.1-0.9之間。顯然由于射頻卡需要從磁場中獲得能量，如果調制系數接近1，意味着磁場關閉了，時間短了還行，時間長了卡上的電源必然會消失，卡片的基本工作條件都沒有了，但調制系數大抗幹擾能力強，容易解調。相反，調制系數小，卡片可以獲得穩定的能量供應，但抗幹擾能力弱，解調困難一些。

    在讀寫器與卡片的資訊交流過程中，讀寫器産生射頻場，向卡片發送資料時調制自己産生的射頻場，這很好了解。但卡片是被動的，不僅不能産生射頻場，還要從讀寫器的射頻場中擷取能量，那又如何通過調制射頻場向讀寫器回送資料呢？射頻識别技術中采用了一種叫做負載調制的方法。其原理也非常簡單，還是以變壓器為例，我們都有這樣的常識，如果變壓器的副邊突然接入一個大的負載，變壓器原邊電壓就會瞬間降低，切除負載，變壓器的原邊電壓就會馬上恢複。前面說了，射頻卡相當于變壓器的副邊，卡内也有這樣一個負載，接通負載時射頻場的振蕩幅度會減小，切除負載，射頻場的幅度會恢複。卡片通過負載是否接入來表示發送的資料，讀寫器探測到射頻場的幅度改變，就能知道卡片發送什麼資料了。這就是卡片回送資料的原理。