NFC射頻電路原理分析 NFC射頻電路匹配調(diào)試方案

NFC匹配調(diào)試

一.NFC射頻電路原理分析

1.差分電路中的LO,C0組成LC濾波電路,用于濾除超過13.56MHZ以上的頻率,用于過EMC測(cè)試用.

2.C2,C1用于匹配天線用,并且一定是C2先并聯(lián),C1串聯(lián).

3.Ra,為串聯(lián)電阻,用于調(diào)節(jié)天線的帶寬用,前一篇已經(jīng)說明原因了,Q=WL/R,增大R,以降低Q,從而增大3db帶寬,后面再另寫一篇專門說明Q與3db帶寬的文章.

4.Lant為天線線圈等效天感,可通過網(wǎng)絡(luò)分儀測(cè)得.

二.NFC射頻電路匹配調(diào)試

發(fā)射差分電路設(shè)計(jì)目標(biāo)是要把信號(hào)能量最大限度地傳輸?shù)教炀€線圈，轉(zhuǎn)換成電磁能量

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要在芯片和天線之間通過阻抗匹配電路后能夠?qū)崿F(xiàn)共軛匹配. 注意是共軛匹配,嚴(yán)格說是TX1,TX2端口的阻抗與端口后整個(gè)鏈路進(jìn)行匹配.

設(shè)計(jì)步驟如下:

1)確定NFC芯片最佳工作阻抗

2)設(shè)計(jì)天線線圈，測(cè)量天線線圈的等效電路參數(shù)

3)根據(jù)Q值或帶寬要求確定串/并聯(lián)電阻的阻值,大多時(shí)候,用串聯(lián)電路就可以了, 并聯(lián)電路 是串聯(lián)電路的轉(zhuǎn)換,文章只對(duì)串聯(lián)電路進(jìn)行說明.

4)根據(jù)需要濾除的高次諧波分量，確定LC結(jié)構(gòu)EMC波器 的截止頻率，計(jì)算EMC濾波器的L、C值

5)計(jì)算阻抗變化電路中的電容容值實(shí)現(xiàn)共軛匹配*

6)實(shí)際測(cè)試與參數(shù)調(diào)整

具體步驟如下:

1.確定NFC芯片最佳工作阻抗

NFC芯片的工作阻抗是芯片本身決定的,可以通過查看規(guī)格書獲得,對(duì)于NXP511/531,射頻端口的阻抗為30R左右,這個(gè)阻抗只指TX1,TX2端口的阻抗

2.設(shè)計(jì)天線線圈，測(cè)量天線線圈的等效電路參數(shù)

我們?cè)谡{(diào)試時(shí),一般天線都設(shè)計(jì)好了,假設(shè)天線參數(shù)設(shè)計(jì)合理,我們這時(shí)只要測(cè)試天線的等效參數(shù).測(cè)試天線參數(shù)的常用工具是網(wǎng)分.特別說明,天線測(cè)試時(shí),需要較準(zhǔn)網(wǎng)分設(shè)備,一般設(shè)置頻率為1-100MHJ,并且要補(bǔ)償所用到的饋線.

下圖測(cè)試的參數(shù)為Z=0.868+j88.01

參數(shù)說明:

1)0.868為天線的等效串聯(lián)電阻

2)88.01為阻抗的虛部,實(shí)際是wL的值,w=2π*f,f=13.56MHZ

3)1.032977uh,是電感,說明測(cè)得的線圈為感性,在smith圖的上方,見下圖中的M1點(diǎn).這個(gè)值與88.01的聯(lián)系就是上面說的公式,下面再驗(yàn)證下:

88.01=WL=2π*f*L

L=88.01/(2π*f)

L=1.0335uH

計(jì)算得的值與測(cè)得的值有細(xì)微差別,是因?yàn)槿≈禐棣腥〉?.14,

3.確定Q值和串聯(lián)電阻

1)確定Q值

Q=WL/R,就是虛部除以實(shí)部,

Q=88.01/0.868=101.39,顯然,Q值太高,(這個(gè)Q值實(shí)際是由L/R決定的,說明L較大,R較小,推測(cè),NFC的天線畫得較大,走線較寬),見下方圖

2)確定R ,Q與3db帶寬的關(guān)系為:

由上圖可見,3db帶寬的主要目的,就是要滿足工作帶寬,現(xiàn)定工作帶寬為2MHZ

Q=23.1413.56/2=42.58

所以Q=88.01/(0.868+2*R)>42.58,可以計(jì)算出串聯(lián)電阻.實(shí)際上天線的帶寬拋物線的形狀,3db帶寬有可能大于2MHZ的工作帶寬,所以這個(gè)值和天線的設(shè)計(jì)有關(guān).Q值在40左右就可以了,有的芯片給出Q值要求,可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況調(diào)整R,來調(diào)整Q值.

4.確定L.C值

L,C組成的L,C濾波電路,LC截止頻率需大于NFC最高工作頻率,小于13.56MHZ的二次諧波頻率.

網(wǎng)上搜一個(gè)LC濾波計(jì)算的網(wǎng)站

電感L0 和選擇考量:

1)高自諧振頻率（>1GHz）
2)低ESR（ESR<1Ω）
3)標(biāo)稱的額定電流需要大于電路最大工作電流（>200mA）
4)390nH-1uH

5.調(diào)試匹配電路

1)當(dāng)查出芯片的阻抗,確定好LC濾波電路的參數(shù)后,就可以進(jìn)行阻抗匹配了,采用的是共軛匹配.

3)去掉兩個(gè)C1,C2,Ra,在TX1,TX2的L0右側(cè),用網(wǎng)分測(cè)得電抗為:Za=A+jB,注意,測(cè)試時(shí),取下芯片,在TX1,TX2再端焊等效于芯處的電阻.

4)電路等效 ,電容串聯(lián),相當(dāng)于電阻的并聯(lián),電容的串聯(lián)相當(dāng)于電阻的并聯(lián).

5)用simth圓圖先仿真,調(diào)試電容的值,得到Zb共軛與Za,即:Zb=A-jB,注意simth仿真的值,要轉(zhuǎn)成上圖左右的值.

6)實(shí)際網(wǎng)分調(diào)試時(shí),與仿真值會(huì)一些差距,要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整.

三.通過兩種方式進(jìn)行驗(yàn)證

1.實(shí)際測(cè)試距離驗(yàn)證

2.取下芯片,用網(wǎng)分在TX1,TX2兩端測(cè)試,電抗在以芯片阻抗比如33R,附近即可.