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生正比于線圈匝數、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生感應電壓,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到天線端,需要設計匹配電路與天線共軛匹配——
1. 用矢量網絡分析儀測量天線線圈
在《NFC天線工作原理、設計》中,我們已經介紹了如何測量、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.不同應用對應的目標阻抗不同,例如電池設備因為功耗小,目標阻抗可以定義在50-80ohm,有些芯片會對目標阻抗與發射電流值做出數據建議
b.Q因子取決于整體系統和框架條件,Q值越小,天線的穩定性越好,失諧較少,Q值越高,場強越高
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。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,且電感的Q值應盡可能高。該部分設計中,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,我們所擁有的參數值有:
天線的參數值:等效電阻Rant、等效電容Cant、等效電感Lant
預設值:目標品質因子Q、目標阻抗Rmatch
EMC濾波器參數值:L1、C1
為避免復雜的運算,可使用NXP公司的一份計算表格,將上述的值填寫后,由設定好的公式計算出匹配電路理論推薦值。
表格下載路徑,文末獲取——
5. 焊接并測試
將計算的理論值元件焊接在電路相應的位置,連上天線,在TX1、TX2之間利用矢量網絡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值再做微調。
綜上,我們所做的測量、計算、實際調整,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據調制的載波信號;
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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