13．56MHz NFC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——
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
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
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
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——
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。
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。
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