NFC匹配电路与滤波器设计——工程师原创应用笔记

发布时间:2021-07-12 阅读量:2311 来源: 我爱方案网 作者: 我爱方案网整理

13.56MHzNFC通过近场耦合来传输电磁信号,电流流过读写器的天线时产生正比于线圈匝数、面积的磁场,时变的磁场穿过NFC卡片线圈的闭合空间又会产生感应电压,由此进行能量、信号的传输。NFC基本电路框架中,我们测量、计算出NFC天线的等效电阻Rant、等效电容Cant、等效电感Lant,为了使芯片输出的射频信号能最高效率地传输到天线端,需要设计匹配电路与天线共轭匹配——


微信图片_20210712090717_副本.png


1.用矢量网络分析仪测量天线线圈

在《NFC天线工作原理、设计》中,我们已经介绍了如何测量、计算天线的等效电阻Rant、等效电容Cant、等效电感Lant;


2.定义目标阻抗和Q因子

a.不同应用对应的目标阻抗不同,例如电池设备因为功耗小,目标阻抗可以定义在50-80ohm,有些芯片会对目标阻抗与发射电流值做出数据建议


微信图片_20210712090752_副本.png


b.Q因子取决于整体系统和框架条件,Q值越小,天线的稳定性越好,失谐较少,Q值越高,场强越高


微信图片_20210712090756_副本.png


3.定义EMC滤波器

EMC滤波器包含了电感L、电容C,截止频率定义了整体失谐情况以及天线电路的传递函数。如下为二阶低通滤波器,截止频率的计算遵循


微信图片_20210712090759_副本.png


滤波器中,需注意电感在最大电流值的情况下不会进入饱和状态,且电感的Q值应尽可能高。该部分设计中,电感L范围常见为:330nH-560nH,截止频点需要高于13.56MHz


4.计算匹配电路元件值


截止目前,我们所拥有的参数值有:


天线的参数值:等效电阻Rant、等效电容Cant、等效电感Lant

预设值:目标品质因子Q、目标阻抗Rmatch

EMC滤波器参数值:L1、C1

为避免复杂的运算,可使用NXP公司的一份计算表格,将上述的值填写后,由设定好的公式计算出匹配电路理论推荐值。

表格下载路径,文末获取——


微信图片_20210712090803_副本.png


5.焊接并测试


将计算的理论值元件焊接在电路相应的位置,连上天线,在TX1、TX2之间利用矢量网络分析仪做实际的测试。一般理论分析与实际的效果会有偏差,因此需要再对器件的参数值再做微调。


微信图片_20210712090808_副本.png


微信图片_20210712090811_副本.png


综上,我们所做的测量、计算、实际调整,最终所要考究为如下三个因素:


1.在天线电流一定的情况下,产生的磁通量满足工作距离;

2.足够的带宽,可以无失真地传送用于数据调制的载波信号;

3.功率匹配,即与匹配电路达到共轭匹配,最大程度传输可用能量。


作者介绍:雕塑者(笔名),一名乐于开源文化的工程师,个人公众号【硬件大熊】。后续原创技术应用笔记还将在我爱方案网上线,敬请期待!


来源:我爱方案网


版权声明:本文为博主原创,未经本人允许,禁止转载

220x90
相关资讯
晶振启动时间影响因素解析与优化方向

​晶振的启动时间,通常是指其通电后进入稳定振荡状态所需的时间。若启动时间过长,可从以下五个常见的影响因素方面进行优化。

解析RTC实时时钟芯片的工作原理

RTC(Real-Time Clock,实时时钟)芯片作为一种独立的专用计时器件,其核心功能包括提供稳定的日历时钟、在主电源断电后持续运行、支持定时中断以及输出高精度时间戳,为各类嵌入式系统提供可靠的时间基准。

无源晶振与有源晶振在MCU应用中的关联逻辑与选型指南

时钟系统是保障微控制器(MCU)稳定运行的核心,而晶振作为关键时钟源,主要分为无源晶振与有源晶振两种类型。下面将围绕工作原理、硬件接口、电气特性及其在MCU中的适配场景等维度,系统解析这两类晶振与MCU之间的关联逻辑。

VC-OCXO压控恒温晶振管脚功能定义解析

恒温晶振(Oven Controlled Crystal Oscillator,简称OCXO)是高精度频率源的核心组件,选用切型更优(如SC切、AT切高精度型)、封装应力极小的高Q值晶片,通过恒温槽的超精密控温,让晶振始终工作在零温度系数点,几乎消除温度引发的频率漂移。

晶振倍频干扰解决方案:从PCB布局优化到源头抑制与电路整改

晶振倍频干扰(即高次谐波辐射)是电磁兼容(EMC)设计中非常棘手的问题,通常表现为基频25MHz的5次、7次谐波(如125MHz、175MHz等)处辐射超标。该问题源于晶振输出方波信号包含丰富的高次谐波成分,若PCB布局不当,晶振及其走线极易构成高效辐射天线,导致电磁干扰增强。