通過采用新鐵氧體材料實現(xiàn)面向NFC電路的最佳特性

通過采用新鐵氧體材料實現(xiàn)面向NFC電路的最佳特性

以智能手機(jī)為代表的移動設(shè)備中，支持NFC（近距離無線通訊）的產(chǎn)品不斷增加。

預(yù)計將在世界范圍內(nèi)快速普及的NFC搭載設(shè)備

依靠自十幾年前研究至今的功能，近幾年NFC在世界范圍內(nèi)得到了快速普及。在日本國內(nèi)，手機(jī)錢包、電子貨幣以及車站檢票口支付等非接觸式IC卡的普及已達(dá)到了很高的水平，這也是NFC功能的一部分。今后，預(yù)計在世界范圍內(nèi)，運用NFC功能的各種用途將會得到進(jìn)一步的擴(kuò)大，NFC搭載設(shè)備也將進(jìn)一步增加。

圖1所示為NFC代表性電路的概略圖。其結(jié)構(gòu)為，在天線與控制IC之間插入由線圈及電容器構(gòu)成的LC濾波電路。

由于其對阻抗匹配也會產(chǎn)生影響，因此需要線圈電感與電容器靜電容量之間的偏差較小，同時線圈中要求窄公差（電感值±5%以內(nèi)）以及在進(jìn)行回流爐、電流通電時也能保持穩(wěn)定特性。同時，還要求在通信頻帶為13.56MHz時保持較低的損耗（損失），因此也需要High-Q。為此，TDK全新開發(fā)了能夠匹配這些要求特性的積層鐵氧體線圈MLJ1608系列。

MLJ1608系列是能夠滿足NFC電路所要求特性，實現(xiàn)最佳設(shè)計的線圈。同時，在70MHz左右以下可保持High-Q，因此能夠在信號線中發(fā)揮低損失效果，并可大幅改善直流重疊特性，因此也可用于電源線對策中。以下針對大幅超越現(xiàn)有商品的MLJ1608系列的優(yōu)異特性進(jìn)行介紹。

圖1NFC的概略電路圖

通過新開發(fā)的低損耗鐵氧體材料實現(xiàn)低損失特性

在通信時，NFC電路中會流過交流信號，但鐵氧體線圈中流過交流信號時會發(fā)生渦流損耗、磁滯損耗、剩余損耗等磁芯損耗（磁芯損失）。一般情況下，鐵氧體材料特性以B-H曲線予以表示，交流電流振幅范圍中將會發(fā)生稱為小磁滯回線的小型B-H曲線。該小磁滯回線的大小將關(guān)系到磁芯損失。如圖2所示，現(xiàn)有鐵氧體材料中，剩余磁通密度較大，因此小磁滯回線也較大。而新開發(fā)的鐵氧體材料中，剩余磁通密度較小，因此小磁滯回線亦較小。MLJ系列通過使用該低損耗鐵氧體材料，大幅減少磁芯損失，實現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有MLF系列及繞組線圈產(chǎn)品的低損失特性（圖3）。低損失特性將幫助提高通信特性，降低耗電量。

圖2現(xiàn)有鐵氧體材料與低損耗鐵氧體材料的B-H曲線的比較（模型圖）

圖3現(xiàn)有產(chǎn)品與MLJ1608系列的功率損失比較

流重疊特性也得到大幅改善

以往NFC用控制IC以通信時僅需要少量電流的IC為主，因此在線圈中，現(xiàn)有的MLF1608系列則作為參考線圈使用。然而，近年來，同時具備無線LAN及Bluetooth功能、在通信時需要大電流的IC也不斷增加，因此MLF1608系列的額定電流漸漸無法得以滿足。

MLJ系列中使用了全新開發(fā)的可支持低損耗大電流的鐵氧體材料。該鐵氧體材料與以往MLF系列中使用的材料保持了同等性能，同時將直流重疊特性改善了2倍以上。通過該特性改善，MLJ1608系列實現(xiàn)了超越大一個尺寸的MLF2012形狀產(chǎn)品的額定電流。

因此，在NFC電流中，通信時的交流電流約為100mA～300mA左右，而該電流范圍中表現(xiàn)出了與繞組型線圈相同的性能（圖4）。

圖4現(xiàn)有產(chǎn)品與MLJ1608系列的直流重疊特性比較

Q特性中電流通電時的值十分重要

由于NFC在13.56MHz的頻率下進(jìn)行通信，因此在該頻帶中宜使用High-Q的線圈。一般情況下，Q特性如商品目錄記載所示，在額定電流內(nèi)使用不會發(fā)生問題。然而，由于NFC電路中最大會流過300mA左右的電流，則使用普通信號系積層鐵氧體線圈時將會使Q特性降低。因此，在NFC電路中，電流通電狀態(tài)下的Q特性十分重要。如圖5所示，MLJ系列即使在電流通電狀態(tài)下，Q特性的降低曲線仍然十分緩慢，在流過NFC電流的電流帶中，可確保超過繞組線圈產(chǎn)品的特性。

圖5現(xiàn)有產(chǎn)品與MLJ系列中電流通電狀態(tài)下的Q特性比較

通過擴(kuò)大產(chǎn)品陣容，滿足節(jié)省空間和增大電流的要求

MLJ系列為了滿足各種阻抗匹配的需求，在擴(kuò)大電感器產(chǎn)品陣容的同時，也新增了1005形狀的產(chǎn)品，以支持高密度封裝。
同時，為進(jìn)一步提高NFC用控制IC的性能，我們的產(chǎn)品陣容中新增了MLJ1005H系列，該系列使用超低損耗鐵氧體材料將磁芯消耗降至極限程度。在300mA以上的電流范圍內(nèi)，與以往的MLJ1005系列相比具有更好的Q特性，超越了卷線線圈產(chǎn)品。

圖6 已有產(chǎn)品與MLJ1005系列在電流通電狀態(tài)下的Q特性對比

為提高接收靈敏度，改進(jìn)交流電阻性能

為防止天線輸出功率下降，如何在13.56MHz通信頻率下控制電感器損耗變得尤為重要。
為此，需要將交流電阻（Rac）控制得很小，并在電流流動時仍然保持小Rac。
TDK在MLJ-W系列中實現(xiàn)了小Rac，并在新產(chǎn)品MLJ-H系列中實現(xiàn)了施加大電流時的小Rac。
如圖7所示，在大電流范圍，可以看到MLJ1005H的Rac被控制得很小。

圖7 已有產(chǎn)品與MLJ1005系列在電流通電狀態(tài)下的Rac特性對比

通過磁屏蔽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)搭載位置的自由設(shè)計

近年來，智能手機(jī)等電子設(shè)備的高功能化以及電子元件封裝密度不斷提高，而元件搭載位置的自由度隨之降低。同時，易泄漏磁通一類的線圈會因元件搭載位置而發(fā)生磁耦合，從而可能發(fā)生特性變動。

MLJ系列采用了與現(xiàn)有MLF系列相同的磁屏蔽結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了高密度封裝，無需在意元件的搭載位置。

圖8積層線圈與繞組線圈的漏磁通比較

通信特性的比較結(jié)果

MLJ系列不僅擁有作為線圈的各項優(yōu)異特性，同時在用于NFC的情況下也表現(xiàn)出了極為良好的通信特性。在NFC論壇（制定NFC技術(shù)規(guī)格及測試規(guī)格的行業(yè)團(tuán)體）的測試中，針對3軸方向，以5mm間隔距離設(shè)置有測定點（圖9中綠色的點）。圖8中表示Z=5mm的橫向、縱向電壓比較，以及雖然偏出了NFC論壇的測定范圍，但也是比較了標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志上10mm以內(nèi)電壓（參考值）的結(jié)果。

3.14V的線是在該測試中的要求電壓，電壓越高，則NFC的通信特性更為良好。MLJ系列此時也能確保超越繞組線圈的電壓。

因此，MLJ系列是一款適合用于擁有超過繞組線圈特性的NFC電路，且實現(xiàn)了最佳設(shè)計的產(chǎn)品。

圖9NFC論壇的通信特性評估方法概要

圖10通信特性比較

結(jié)語

MLJ系列的重點在于全新開發(fā)的低損耗鐵氧體材料。TDK擁有可實現(xiàn)不輸于繞組線圈特性的材料開發(fā)技術(shù)。開發(fā)用于MLJ系列的鐵氧體材料是一款極具劃時代意義的材料。今后將為市場提供更多使用了同樣優(yōu)秀的鐵氧體材料的新產(chǎn)品。

主要特點、用途、規(guī)格、電氣特性

主要特點

通過全新開發(fā)的鐵氧體材料支持大電流

通過高精度積層支持窄公差

通過采用低損耗材料大幅降低高頻Loss

主要用途

智能手機(jī)、PC等NFC電路、各類電子設(shè)備的電源線

主要規(guī)格