基于提高非接触有值IC卡操作的可靠性研究

　　引言

　　IC卡(Integrated Circuit Card)又称为“集成电路卡”，是将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。IC卡作为一种安全、方便、快捷的支付工具和轻便、详实的个人信息资料库，在现代的社会中已受到广大用户的青睐。特别是非接触射频IC卡的出现，极大地方便了用户的使用，克服了传统的接触式IC卡触点容易磨损、使用不方便的缺点。但同时也带来一些问题，因为是非接触式IC卡，有时用户刷卡的速度过快，会导致IC卡读卡器尚未完成对IC的操作，卡已经离开了天线区域，从而出现不可预知的后果，严重的话会使IC卡里的数据丢失，给用户造成损失。出现这些问题主要是由硬件和软件两方面的因素造成的。硬件方面，主要与天线和卡的个体差异有关。我们做过实验，不同的卡即使在同一读卡器上，它们的读卡距离差别还是很大的;同样，同一张卡在不同读卡器上的读卡距离的差别也很大。读写距离的缩短，致使在一定的时间内没完成卡的读写，从而出现异常情况。软件方面，可在尽量缩短卡的操作时间的同时采取一些弥补措施，以弥补先天的硬件不足，从而提高IC卡的可靠性操作，避免了一些不必要的麻烦。

　　Philips公司是世界上最早研制非接触式IC卡的公司，其产品系列有Mifare standard、Mifare Light、Mifare PLUS和Mifare PRO。以Mifare standard系列MF1 IC S50为例，按Philips公司的标准，该卡与读写器天线之间完成一次数据交换的时间可小于0.1 s。但在实际中，由于种种原因交易的时间比这要长些，而且处理不好的话，还会出现不可预料的后果。

　　1 非接触IC卡天线组成

　　非接触IC卡天线是影响读卡性能的一个决定性因素，天线设计的好坏直接影响到读卡系统的稳定性。如图1所示，整个天线部分电路由EMC滤波电路、接收电路和天线线圈电路3部分组成。EMC滤波电路的作用是减弱由天线发射电路产生的高次谐波对外界的影响。接收电路由R1、R2、C3、C4组成。 R2、C4的作用是使接收脚RX上的直流电平与内部参考电压输出VMID保持一致;R1则用于调整接收脚RX上交流信号的幅度。虚线右方所示的电路即为所要设计的天线，包扩天线线圈和相关的谐振元器件。其中，Rext用于调节天线的品质因素，而天线的中心频率f及对外输出阻抗Za则主要通过改变谐振电容 C1a、C1b、C2a、C2b的值来调整。所以外接电阻Rext和谐振电容器件参数的确定为天线线圈电路设计中不可缺少的一环。根据Philips公司关于非接触式IC卡天线设计资料，天线调谐分为2个步骤: ① 调整天线的谐振频率f和输出阻抗Za到期望的13.56 MHz和500 Ω;② 对天线进行调节，找到最大的读卡距离。具体方法为将天线接入电路中，然后在系统工作的情况下，不断调整C2的值并测试卡的读写距离，直至找到最大读卡距离时C2的值。找出最大读卡距离的目的是为了使卡进入天线辐射范围的时间足够长，以圆满地完成对卡的操作。