射頻識別技術漫談(3)—能量、調製

無源和免接觸是非接觸式IC卡相對於接觸式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。非接觸式智慧卡也是IC卡，而卡上的IC即整合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。讀寫器產生一個電磁場，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致。當卡片進入讀寫器的射頻場，卡上的振蕩電路起振，電路振蕩意味著有電子的流動，有電子的流動就可以用二極體讓電子積累，電子的積累就會形成電壓，有了電壓智慧卡就能工作了。卡片獲得能量的方式大體就是這樣，具體的實現方法，如果不打算自己做卡就沒必要深究，只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於變壓器的副邊。

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，那就只有通過無線電傳輸了。無線電傳輸很少有直接發送訊號的，一般都是選定某一頻率的載波，也就是正弦波，發送方把有用訊號調製在載波上，接收方解調收到的訊號，把載波去掉得到有用訊號。無論電視、廣播、手機通訊還是射頻卡，其基於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，相應的有用訊號對載波的調製也有三種：調幅、調頻和調相。調幅是改變載波的幅度記錄有用訊號，調頻是改變載波的頻率記錄有用訊號，調相是改變載波的相位記錄有用訊號。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於有用訊號的最高頻率，通常要10倍以上，而調相則無此要求，載波頻率可以高於、等於（2BPSK）甚至低於（4BPSK，16BPSK）有用訊號的頻率。

基於上述三種調製的特點，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內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。所以，調幅雖然易受幹擾但電路結構簡單，成為射頻卡調製的首選。

調幅有一個指標叫調製係數，也就是衡量有用訊號對載波幅度的調製有多大。調製係數為0，相當於沒有調製，調製係數為1則相當於把載波的幅度調為0，一般調製係數都在0.1-0.9之間。顯然由於射頻卡需要從磁場中獲得能量，如果調製係數接近1，意味著磁場關閉了，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，但調製係數大抗幹擾能力強，容易解調。相反，調製係數小，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，讀寫器產生射頻場，向卡片發送資料時調製自己產生的射頻場，這很好理解。但卡片是被動的，不僅不能產生射頻場，還要從讀寫器的射頻場中擷取能量，那又如何通過調製射頻場向讀寫器回送資料呢？射頻識別技術中採用了一種叫做負載調製的方法。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，射頻卡相當於變壓器的副邊，卡內也有這樣一個負載，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。