NFC匹配電路與濾波器設(shè)計

時間：2021-07-19 09:41:18

關(guān)鍵字： NFC 濾波器射頻天線

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[導(dǎo)讀]為了使芯片輸出的射頻信號能最高效率地傳輸?shù)教炀€端，需要設(shè)計匹配電路與天線共軛匹配。

13.56MHz NFC通過近場耦合來傳輸電磁信號，電流流過讀寫器的天線時產(chǎn)生正比于線圈匝數(shù)、面積的磁場，時變的磁場穿過NFC卡片線圈的閉合空間又會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，由此進行能量、信號的傳輸。NFC基本電路框架中，我們測量、計算出NFC天線的等效電阻Rant、等效電容Cant、等效電感Lant，為了使芯片輸出的射頻信號能最高效率地傳輸?shù)教炀€端，需要設(shè)計匹配電路與天線共軛匹配——

1. 用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線線圈

在《NFC天線工作原理、設(shè)計》中，我們已經(jīng)介紹了如何測量、計算天線的等效電阻Rant、等效電容Cant、等效電感Lant；

2. 定義目標阻抗和Q因子

a.不同應(yīng)用對應(yīng)的目標阻抗不同，例如電池設(shè)備因為功耗小，目標阻抗可以定義在50-80ohm，有些芯片會對目標阻抗與發(fā)射電流值做出數(shù)據(jù)建議

b.Q因子取決于整體系統(tǒng)和框架條件，Q值越小，天線的穩(wěn)定性越好，失諧較少，Q值越高，場強越高

3. 定義EMC濾波器

EMC濾波器包含了電感L、電容C，截止頻率定義了整體失諧情況以及天線電路的傳遞函數(shù)。如下為二階低通濾波器，截止頻率的計算遵循

濾波器中，需注意電感在最大電流值的情況下不會進入飽和狀態(tài)，且電感的Q值應(yīng)盡可能高。該部分設(shè)計中，電感L范圍常見為：330nH-560nH，截止頻點需要高于13.56MHz

4. 計算匹配電路元件值

截止目前，我們所擁有的參數(shù)值有：

天線的參數(shù)值：等效電阻Rant、等效電容Cant、等效電感Lant

預(yù)設(shè)值：目標品質(zhì)因子Q、目標阻抗Rmatch

EMC濾波器參數(shù)值：L1、C1

為避免復(fù)雜的運算，可使用NXP公司的一份計算表格，將上述的值填寫后，由設(shè)定好的公式計算出匹配電路理論推薦值。

5. 焊接并測試

將計算的理論值元件焊接在電路相應(yīng)的位置，連上天線，在TX1、TX2之間利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀做實際的測試。一般理論分析與實際的效果會有偏差，因此需要再對器件的參數(shù)值再做微調(diào)。

綜上，我們所做的測量、計算、實際調(diào)整，最終所要考究為如下三個因素：

1.在天線電流一定的情況下，產(chǎn)生的磁通量滿足工作距離；

2.足夠的帶寬，可以無失真地傳送用于數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號；

3.功率匹配，即與匹配電路達到共軛匹配，最大程度傳輸可用能量。

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