RFID智能读卡器电磁兼容辐射骚扰整改实例

赵波 李博/江苏省计量科学研究院

本实验室对某公司辐射骚扰超标的甲、乙两款RFID智能读卡器进行了噪声抑制的整治工作，取得理想的效果，现将方法介绍。

1 抑制措施采用前辐射骚扰噪声

1）甲

近场辐射噪声如图1（a）所示，结合远场测试结果发现，其超标频点主要为88.5 MHz，108.48 MHz。

2）乙

近场辐射噪声如图1（b）所示，结合远场测试结果发现，其超标频点主要为88.5 MHz，108.48 MHz，176.28 MHz，189.84 MHz。

图1 抑制措施前，近场辐射噪声

2 辐射骚扰噪声机理

辐射干扰包括共模辐射和差模辐射。共模辐射主要是由于非良好接地或接地点反射电位引起的等效短直天线辐射效应；而差模辐射主要由于未较好控制的大信号环路引起的等效电流环天线辐射效应。因此根据共模和差模辐射原理及天线理论，可将基本共模辐射单元描述为电偶极子辐射模型，而将基本差模辐射单元描述为磁偶极子辐射模型，如图2所示。

此外，不同的噪声机理对应不同的噪声抑制措施，因此，只有正确的诊断被测器件的辐射机理，方能设计合适的噪声抑制策略。

图2 电路辐射模型

在近场中，共模辐射场的电场强度与测试距离三次方的倒数成正比；磁场强度与测试距离平方的倒数成正比，即E∝1/r3，H∝1/r2。据此，在共模辐射场中，近场波阻抗呈现为高阻抗，即ZW>377 Ω，且与测试距离成反比，即

同样的，差模辐射场的电场强度与测试距离平方的倒数成正比；磁场强度与测试距离三次方的倒数成正比，即H∝1/r3，E∝1/r2。据此，在差模辐射场中，近场波阻抗呈现为低阻抗，即ZW<377 Ω，且与测试距离成正比，即

由（1）、（2）两式不难发现，在共模辐射场中，近场波阻抗为高阻抗，且其随着测试距离的减小而减小；相反地，在差模辐射中，近场波阻抗为低阻抗，且其随着测试距离的减小而减小。因此，可以通过分析近场中波阻抗与测试距离间的关系即可诊断电路辐射主要机理，据此确定对应噪声抑制方案。

通过采用上述方法进行检测，结果发现：

1)为了产生主频为13.56 MHz的电磁场并与IC卡进行通讯（主频为13.56 MHz），因此在两款IC智能读卡器上均采用信号大环路走线设计。然而，正是由于信号大环路走线导致了两款IC智能读卡器的辐射干扰，即两款IC智能读卡器产生的辐射干扰以差模辐射为主；

2)两款IC智能读卡器的信号大环路均与RFID芯片连接，且RFID芯片为其信号的输入端，RFID工作频率为13.56 MHz；

3)两款IC智能读卡器有三个晶体振荡器，包括连接单片机的11.0592 MHz晶振，连接RFID芯片的11.0592 MHz晶振和13.56 MHz晶振；

4)超标频点 88.5 MHz、108.48 MHz、176.28 MHz、189.84 MHz分别为11.0592 MHz晶振的8倍频，13.56 MHz晶振的8倍频，13.56 MHz晶振的13倍频以及13.56 MHz晶振的14倍频。

3 辐射骚扰噪声抑制措施

由于两款IC智能读卡器产生的辐射干扰均以差模干扰为主，因此可以采用如下三种噪声抑制策略。

1）在信号大环路走线的信号输入端，即RFID芯片输出端并联电容以实现高频滤波；

2）在RFID芯片输入端并联电容以实现高频滤波；

3）在信号大环路走线中串联电感以实现高频滤波；

4）减小信号大环路走线面积。

值得注意的是，滤波电容需采用专用瓷片电容以提高电容高频特性，增加滤波效果。然而，为了尽量减小公司的设计开发成本，尽量减小被测器件的PCB改动，决定采用策略1、2进行噪声抑制，具体如下：

①对于乙：在RFID芯片前端（信号大环路走线输入端）并联51 pF以及10 pF两个电容；在RFID芯片后端并联68 pF以及10 pF两个电容；

②对于甲：在RFID芯片前端（信号大环路走线输入端）并联68 pF；在RFID芯片后端并联51 pF、2.2 pF、2.2 pF、2.2 pF、2.2 pF。

4 抑制措施采用后辐射骚扰噪声

1）甲

近场辐射噪声如图3（a）所示，对比图1（a）可见，其超标频点的辐射噪声降幅为6 dB。通过标准半电波暗室测试，可以通过GB9254的B类标准；

2）乙

近场辐射噪声如图3（b）所示，对比图1（b）可见，其超标频点的辐射噪声降幅11 dB。通过标准半电波暗室测试，可以通过GB9254的B类标准。

图3 抑制措施后，近场辐射噪声