射频识别技术漫谈(3)——能量、调制

无源和免接触是非接触式IC卡相对于接触式IC卡的两大特点。无源是指卡片上没有电源，免接触是指对卡片的读写操作不必和读写器接触。非接触式智能卡也是IC卡，而卡上的IC即集成电路工作时肯定是需要电源的，卡片自身没有电源而又不和读写器接触，那么电源从哪里来的呢？
其实回答这个问题非常简单，那就是电磁感应。读写器产生一个电磁场，卡片上的天线是一个LC振荡电路，且这个振荡电路的共振频率和读写器电磁场的频率一致。当卡片进入读写器的射频场，卡上的振荡电路起振，电路振荡意味着有电子的流动，有电子的流动就可以用二极管让电子积累，电子的积累就会形成电压，有了电压智能卡就能工作了。卡片获得能量的方式大体就是这样，具体的实现方法，如果不打算自己做卡就没必要深究，只要懂得原理就可以了。如果还不明白，想想变压器吧，变压器的原边和副边也是绝缘的，但能量却可以从原边传递到副边，射频卡获得能量的方式就相当于变压器的副边。
能量有了，那么读写器和卡片又是如何进行信息交流的呢？既然是免接触，那就只有通过无线电传输了。无线电传输很少有直接发送信号的，一般都是选定某一频率的载波，也就是正弦波，发送方把有用信号调制在载波上，接收方解调收到的信号，把载波去掉得到有用信号。无论电视、广播、手机通讯还是射频卡，其基于无线电通讯的原理都是一样的。
载波(正弦波)有三要素，幅度、频率和相位，相应的有用信号对载波的调制也有三种：调幅、调频和调相。调幅是改变载波的幅度记录有用信号，调频是改变载波的频率记录有用信号，调相是改变载波的相位记录有用信号。调幅电路简单，容易受干扰，调频和调相结构复杂些，但抗干扰能力强，一个简单的例子是你的收音机FM(调频)比AM(调幅)声音好听的多。另外，调幅和调频要求载波频率远大于有用信号的最高频率，通常要10倍以上，而调相则无此要求，载波频率可以高于、等于（2BPSK）甚至低于（4BPSK，16BPSK）有用信号的频率。
基于上述三种调制的特点，射频卡通讯距离最大不过几米，平常用的接近卡(PICC)最大距离才10公分，在这么短的距离范围内形成一个相对较强的局部射频场，几乎可以不用考虑干扰。射频卡上没有电源，尤其成本考虑，自然要求卡上电路越简单越好。所以，调幅虽然易受干扰但电路结构简单，成为射频卡调制的首选。
调幅有一个指标叫调制系数，也就是衡量有用信号对载波幅度的调制有多大。调制系数为0，相当于没有调制，调制系数为1则相当于把载波的幅度调为0，一般调制系数都在0.1-0.9之间。显然由于射频卡需要从磁场中获得能量，如果调制系数接近1，意味着磁场关闭了，时间短了还行，时间长了卡上的电源必然会消失，卡片的基本工作条件都没有了，但调制系数大抗干扰能力强，容易解调。相反，调制系数小，卡片可以获得稳定的能量供应，但抗干扰能力弱，解调困难一些。
在读写器与卡片的信息交流过程中，读写器产生射频场，向卡片发送数据时调制自己产生的射频场，这很好理解。但卡片是被动的，不仅不能产生射频场，还要从读写器的射频场中获取能量，那又如何通过调制射频场向读写器回送数据呢？射频识别技术中采用了一种叫做负载调制的方法。其原理也非常简单，还是以变压器为例，我们都有这样的常识，如果变压器的副边突然接入一个大的负载，变压器原边电压就会瞬间降低，切除负载，变压器的原边电压就会马上恢复。前面说了，射频卡相当于变压器的副边，卡内也有这样一个负载，接通负载时射频场的振荡幅度会减小，切除负载，射频场的幅度会恢复。卡片通过负载是否接入来表示发送的数据，读写器探测到射频场的幅度改变，就能知道卡片发送什么数据了。这就是卡片回送数据的原理。

审核编辑 黄宇