RFID智能讀卡器電磁兼容輻射騷擾整改實例

趙波 李博/江蘇省計量科學研究院

本實驗室對某公司輻射騷擾超標的甲、乙兩款RFID智能讀卡器進行了噪聲抑制的整治工作，取得理想的效果，現(xiàn)將方法介紹。

1 抑制措施采用前輻射騷擾噪聲

1）甲

近場輻射噪聲如圖1（a）所示，結(jié)合遠場測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其超標頻點主要為88.5 MHz，108.48 MHz。

2）乙

近場輻射噪聲如圖1（b）所示，結(jié)合遠場測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其超標頻點主要為88.5 MHz，108.48 MHz，176.28 MHz，189.84 MHz。

圖1 抑制措施前，近場輻射噪聲

2 輻射騷擾噪聲機理

輻射干擾包括共模輻射和差模輻射。共模輻射主要是由于非良好接地或接地點反射電位引起的等效短直天線輻射效應(yīng)；而差模輻射主要由于未較好控制的大信號環(huán)路引起的等效電流環(huán)天線輻射效應(yīng)。因此根據(jù)共模和差模輻射原理及天線理論，可將基本共模輻射單元描述為電偶極子輻射模型，而將基本差模輻射單元描述為磁偶極子輻射模型，如圖2所示。

此外，不同的噪聲機理對應(yīng)不同的噪聲抑制措施，因此，只有正確的診斷被測器件的輻射機理，方能設(shè)計合適的噪聲抑制策略。

圖2 電路輻射模型

在近場中，共模輻射場的電場強度與測試距離三次方的倒數(shù)成正比；磁場強度與測試距離平方的倒數(shù)成正比，即E∝1/r3，H∝1/r2。據(jù)此，在共模輻射場中，近場波阻抗呈現(xiàn)為高阻抗，即ZW>377 Ω，且與測試距離成反比，即

同樣的，差模輻射場的電場強度與測試距離平方的倒數(shù)成正比；磁場強度與測試距離三次方的倒數(shù)成正比，即H∝1/r3，E∝1/r2。據(jù)此，在差模輻射場中，近場波阻抗呈現(xiàn)為低阻抗，即ZW<377 Ω，且與測試距離成正比，即

由（1）、（2）兩式不難發(fā)現(xiàn)，在共模輻射場中，近場波阻抗為高阻抗，且其隨著測試距離的減小而減?。幌喾吹兀诓钅］椛渲?，近場波阻抗為低阻抗，且其隨著測試距離的減小而減小。因此，可以通過分析近場中波阻抗與測試距離間的關(guān)系即可診斷電路輻射主要機理，據(jù)此確定對應(yīng)噪聲抑制方案。

通過采用上述方法進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1)為了產(chǎn)生主頻為13.56 MHz的電磁場并與IC卡進行通訊（主頻為13.56 MHz），因此在兩款I(lǐng)C智能讀卡器上均采用信號大環(huán)路走線設(shè)計。然而，正是由于信號大環(huán)路走線導致了兩款I(lǐng)C智能讀卡器的輻射干擾，即兩款I(lǐng)C智能讀卡器產(chǎn)生的輻射干擾以差模輻射為主；

2)兩款I(lǐng)C智能讀卡器的信號大環(huán)路均與RFID芯片連接，且RFID芯片為其信號的輸入端，RFID工作頻率為13.56 MHz；

3)兩款I(lǐng)C智能讀卡器有三個晶體振蕩器，包括連接單片機的11.0592 MHz晶振，連接RFID芯片的11.0592 MHz晶振和13.56 MHz晶振；

4)超標頻點 88.5 MHz、108.48 MHz、176.28 MHz、189.84 MHz分別為11.0592 MHz晶振的8倍頻，13.56 MHz晶振的8倍頻，13.56 MHz晶振的13倍頻以及13.56 MHz晶振的14倍頻。

3 輻射騷擾噪聲抑制措施

由于兩款I(lǐng)C智能讀卡器產(chǎn)生的輻射干擾均以差模干擾為主，因此可以采用如下三種噪聲抑制策略。

1）在信號大環(huán)路走線的信號輸入端，即RFID芯片輸出端并聯(lián)電容以實現(xiàn)高頻濾波；

2）在RFID芯片輸入端并聯(lián)電容以實現(xiàn)高頻濾波；

3）在信號大環(huán)路走線中串聯(lián)電感以實現(xiàn)高頻濾波；

4）減小信號大環(huán)路走線面積。

值得注意的是，濾波電容需采用專用瓷片電容以提高電容高頻特性，增加濾波效果。然而，為了盡量減小公司的設(shè)計開發(fā)成本，盡量減小被測器件的PCB改動，決定采用策略1、2進行噪聲抑制，具體如下：

①對于乙：在RFID芯片前端（信號大環(huán)路走線輸入端）并聯(lián)51 pF以及10 pF兩個電容；在RFID芯片后端并聯(lián)68 pF以及10 pF兩個電容；

②對于甲：在RFID芯片前端（信號大環(huán)路走線輸入端）并聯(lián)68 pF；在RFID芯片后端并聯(lián)51 pF、2.2 pF、2.2 pF、2.2 pF、2.2 pF。

4 抑制措施采用后輻射騷擾噪聲

1）甲

近場輻射噪聲如圖3（a）所示，對比圖1（a）可見，其超標頻點的輻射噪聲降幅為6 dB。通過標準半電波暗室測試，可以通過GB9254的B類標準；

2）乙

近場輻射噪聲如圖3（b）所示，對比圖1（b）可見，其超標頻點的輻射噪聲降幅11 dB。通過標準半電波暗室測試，可以通過GB9254的B類標準。

圖3 抑制措施后，近場輻射噪聲