NFC技術(shù)拓展多功能應(yīng)用，核心被動元件起到了哪些作用？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）NFC技術(shù)已經(jīng)不陌生了，日常生活中有許多NFC技術(shù)應(yīng)用的實例。在這些我們熟悉的公交卡、銀行卡、手機等場景已經(jīng)有了很多相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的實例。

NFC，全稱Near Field Communication，即近場通信技術(shù)。在NFC技術(shù)的支持下，兩個支持NFC的終端設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進行通信，這一無線通信距離通常限制在厘米級，進行數(shù)據(jù)通信、認(rèn)證的過程十分便捷。目前NFC在全球的發(fā)展還是很值得期待的，NFC技術(shù)推動了消費類、工業(yè)、汽車和醫(yī)療中便捷配對、診斷讀取、數(shù)據(jù)跟蹤等應(yīng)用的增長。

NFC技術(shù)發(fā)展與核心被動元器件

NFC技術(shù)共有四種工作模式，分別是卡模擬模式、點對點模式、讀卡器模式和充電模式。卡模擬模式主要用于移動支付、交通以及訪問控制；點對點模式即終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換；讀卡器則是與無源NFC標(biāo)簽進行通信；充電模式則是將智能手機作為充電器，為其他可穿戴設(shè)備進行充電。

目前標(biāo)簽防偽和無線充電，是最受關(guān)注的NFC技術(shù)發(fā)展的方向。標(biāo)簽防偽即利用在NFC芯片上添加私有數(shù)字標(biāo)簽/簽名，為設(shè)備增加額外的安全級別，并支持標(biāo)簽驗證，而無需云連接。而NFC的無線充電功能則通過NFC從傳入的射頻輻射功率傳感器接口和射頻傳輸獲取能量。根據(jù)NXP無線充電報告，2018年至2021年，小型電池消費和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（適合NFC充電）的市場以22%的CAGR在增長，占全球無線充電可用市場的20%—25%，2021年NFC無線充電設(shè)備總量增長到了48億臺。

NFC的多功能應(yīng)用得以實現(xiàn)，少不了在NFC電路中一些核心被動元器件的支持。在NFC電路中，主要使用的零部件有NFC天線、磁性薄膜、LC濾波器用電感器、巴倫、雙電層電容器（超級電容）。這里主要關(guān)注相關(guān)被動元件濾波器用電感器和超級電容器在NFC電路中發(fā)揮的重要作用。

NFC中的電感特性需求

電感器作為移動設(shè)備類通信功能實現(xiàn)里必不可少的被動元器件，同樣被使用于近距離無線通信的代表NFC電路中，而且在此類電路中，無線用電感器被要求具有應(yīng)對獨特需求的性能來滿足NFC電路的高效率和小型化。

從NFC電路來看，NFC的通信通常使用環(huán)形天線實現(xiàn)電磁感應(yīng)，在天線和NFC控制器IC中間，插入了由天線匹配電路、電感器和電容器構(gòu)成的濾波器。在此電路中電感器被作為除去NFC控制器IC高頻波的低通濾波器使用，通過截斷高頻插入只讓NFC的工作頻率13.56MHz的信號有效傳播。

對于近距離無線用電感器，需要更窄的公差來減小電感與天線的阻抗失配造成的損失，±5%的公差是目前認(rèn)可的窄公差范圍。另一方面，為了防止天線輸出降低，減少電感器在通信頻13.56MHz的損失同樣很重要。為此交流電阻也需要在無電流經(jīng)過和有電流經(jīng)過兩種情況下盡可能抑制得很低，這樣電感器才能更穩(wěn)定。

目前，不少電感廠商專門針對NFC應(yīng)用推出了專用近距離無線用電感。如村田就推出了LQM18J、LQW15C、LQW18C三個系列的NFC用電感，在高電流振幅下這幾個系列的電感值也都能保持穩(wěn)定，保持良好的NFC通信功能。尤其是最新的LQM18J系列，采用了電磁屏蔽構(gòu)造，大幅減少了電磁泄漏，在NFC這種空間本就受限的電路中可以實現(xiàn)高密度貼裝，并減少貼裝空間，進一步契合小型化的發(fā)展趨勢。

LQM18J系列，村田

TDK也推出了MLF1608D、MLF1005V、MLJ1608W、MLJ1005W窄公差系列，并根據(jù)電流大小，分別是適配了大電流領(lǐng)域和小電流領(lǐng)域的超低交流電阻電感器。MLF1608D、MLF1005V是標(biāo)準(zhǔn)的NFC用電感，MLJ1608W、MLJ1005W電感能在大電流下提供低損耗。目前TDK最新的MLJ1005H系列已經(jīng)推出，并在不斷拓展產(chǎn)品矩陣，該系列主要針對超大電流下的超低損耗而設(shè)計。

MLJ1005H系列，TDK

順絡(luò)電子也針對NFC應(yīng)用推出了NFC電路專用的MCL-N系列疊層片式鐵氧體電感。該系列通過采用疊層結(jié)構(gòu)提供良好的磁屏蔽性能，磁體材料的改進也降低了交叉耦合提高了直流偏置能力，很契合NFC的輸出濾波和匹配。同時，順絡(luò)電子也提供一系列NFC專用的定制元件。

在NFC設(shè)備不斷增加的現(xiàn)在，NFC專用電感的價值會愈發(fā)凸顯，是值得電感廠商搶奪的一塊市場。

超薄超級電容的NFC應(yīng)用潛力

NFC應(yīng)用中智能IC卡占有相當(dāng)大一部分比重，在無電池的下一代非接觸智能IC卡中，薄型超級電容有著巨大的應(yīng)用潛力。NFC中超級電容的應(yīng)用同樣利用了超級電容快速充放電以及可以提供瞬時功率輸出的特點。輕薄的超級電容是無電池NFC卡的不二之選，除了能快速儲存改寫IC卡信息所需的能量，與鋰離子電池等相比，其優(yōu)點在于它是安全性很高的蓄電設(shè)備。

NFC中此類超級電容呈現(xiàn)出兩大特點，低電阻和輕薄。輕薄的特點很容易理解，畢竟一張IC卡尺寸只有那么大，超級電容想要應(yīng)用在其中必須足夠輕薄。低電阻，是為了更好地應(yīng)對大電流。

超級電容的功率密度優(yōu)勢是大家都知道的，能在瞬間爆發(fā)。NFC終端有很多種類，可以供給的電力也存在差異，為了在如今普及的NFC終端上順暢地進行認(rèn)證等相關(guān)動作，輕薄超級電容通過NFC線圈電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流快速進行充電，蓄積起來的電能可以用于其他傳感、通信等動作。

超薄超級電容DMH系列，村田

為了實現(xiàn)穩(wěn)定的能量收集，超級電容的阻抗必須足夠低，實現(xiàn)在不穩(wěn)定的能量收集中也能進行有效地充電，超級電容這一特點在許多IoT設(shè)備現(xiàn)在也有應(yīng)用。在小型化后，超級電容的可靠性非常重要，這就很考驗廠商在超級電容材料和設(shè)計上的積累了，材料也制約了目前超級電容的上限。

超薄NFC應(yīng)用超級電容，TDK

在不久的將來，由數(shù)量龐大的傳感器所組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將成為萬物互聯(lián)的核心，應(yīng)用超級電容以及超級電容和其他設(shè)備的組合是實現(xiàn)無電池設(shè)備互聯(lián)的有效方案，NFC是其中具有代表性的用例。

小結(jié)

根據(jù)Allied Market Research的報告，2020年全球NFC支付設(shè)備市場規(guī)模已達到163.5億美元。雖然近兩年移動端等消費類市場受到了一定沖擊，NFC市場也保持了較為穩(wěn)定的增速。在NFC市場穩(wěn)步增長的形勢下，NFC專用的電感和電容等元器件能大大減低NFC電路設(shè)計難度并提升NFC性能。專用被動元器件在NFC電路中將會愈發(fā)凸顯其價值，是值得被動元器件廠商發(fā)展的一個技術(shù)應(yīng)用方向。