Моделирование смарт-карты

В данном проекте реализован принцип работы смарт-карты в виде элеткрической цепи:

1.   Активация чипа

Ридер подает питание на контакты карты. В цепи накопителями энергии служат конденсаторы, которые заряжаются при замыкании зеленых ключей. Ключи остаются замкнутыми в течение действия первого импульса (использован прямоугольный периодический импульс, который можно заменить на дискретный).

График прямоугольного импульса, замыкающего зеленые ключи.

2.   Замыкание LC-контура

В данной цепи чипом является конденсатор. При замыкании ключа, соединяющего чип с антенной (катушкой индуктивности), начинается процесс генерации сигнала. Выход 3 содержит в себе данные чипа.
Поскольку двоичная система (0 и 1) - это минимально возможный набор, легко реализуемый в электронике, наш сигнал должен быть представлен в бинарной форме. В случае электромагнитных колебаний, создаваемых LC-контуром, это НЕизменение напряжения на катушке = 1 и падение напряжения до минимального значения (в лучшем случае до 0) = 0. Таким образом

1. Логическая "1" – контур продолжает колебаться без изменений, поддерживая постоянное напряжение на катушке. Ридер фиксирует отсутствие изменений в сигнале.

2. Логический "0" – ключ размыкает LC-контур, вызывая быстрое затухание колебаний. Напряжение на катушке падает до нуля (минимального значения), что интерпретируется ридером как бит "0"

График прямоугольного импульса, замыкающего желтый ключ.

Как видно из графика второй прямоугольный сигнал появляется сразу после затухания первого; в цепи возникают затухающие электромагнитные колебания.

3. Генерация сигнала

Чтобы реализовать корректную передачу сигнала через антенну, в цепи используется еще один генератор прямоугольных импульсов, который замыкает и размыкает участок цепи: конденсатор (чип) - ключ (фиолетовый) - конденсатор (дополнительный источник энергии).

График напряжения на антенне (катушке индуктивности) и график прямоугольных импульсов

Периодическая коммутация данного учатска цепи, начиная с определенного момента времени, вызывает необходимое падение напряжения на катушке.

График напряжения на антенне (катушке индуктивности)

Тот диапазон значений, в котором значительно падает напряжение, представляет из себя логический "0" - бит информации, передаваемый чипом, остальные значения - логическая "1". Так как выбранный генератор сигналов периодический, то генерируемый сигнал представляет собой чередование 1 и 0. (для более реалистичного сигнала можно использовать генератор изменяющегося импульсного сигнала)

Заключение

Схема демонстрирует простой и эффективный метод передачи данных, подходящий для пассивных RFID-меток и других беспроводных устройств с низким энергопотреблением. Для коммерческих решений потребуется доработка в части помехозащищённости и скорости, но базовый принцип остаётся перспективным для дальнейшего развития.