NFC晶片選型及基本電路框架
RFID作為一項專業度較高的技術,在一些公司,可能還會專門招聘專業的RFID工程師。本篇闡述的涉及到的只是基本選型設計、電路框架,關於RFID天線除錯、低功耗檢卡除錯等,後續再其他篇章會繼續更新!
NFC(Near Field Communication)晶片選型:
主要考量點:
晶片支援的協議、是否支援低功耗檢卡、是否能過金融認證、晶片價格
晶片支援協議:
ISO14443A/B、ISO15693、 ISO18092 和 ISO21481 等
ISO14443A 卡:Mifare 系列、 Ultralight 系列、 Plus 系列、 CPU 卡系列等。
ISO14443B 卡:身份證、 SR176、 SRI512 等。
ISO15693:NXP 的 ICODE 系列、 TI 的 Tag_it HF-I、 ST LRI 等。
ISO18092:包括讀卡模式、卡模式、點對點通訊模式。
ISO21481:在 ISO18092 基礎上相容 ISO15693 協議。
LPCD 功能:晶片低功耗檢測卡片功能。沒有卡片靠近時,晶片處於低功耗狀態, 僅需10uA 電流,就能完成卡片偵測, 當卡片靠近時,晶片偵測到卡片,喚醒微控制器讀卡。
金融認證:PBOC2.0/3.0 標準、 EMV 標準
電路架構:
NFC晶片外部電路通常由以下幾個部分組成:供電電路、通訊介面電路、天線電路、振盪電路;
供電電路:主要包括模擬電源AVDD、數字電源DVDD、發射器電源TVDD、引腳電源PVDD、測試引腳電源PVDD2;
a.如果需要提高發射功率可提高TVDD的電壓,例如5V供電的TVDD形成的發射功率會比3V的要強;
b.晶片的供電電流通常在幾十到幾百mA,主要的能量消耗在發射器的電路上。例如FM175xx的天線發射電流在100mA,RC663則可以達250mA,因此選擇供電晶片、電感器件時,需要注意留足餘量;
c.讀卡晶片天線13.56MHz的正弦波訊號會干擾電源,為減少傳導幹擾,可以在電源端加π型濾波器,但為減少電路設計冗餘度,一般情況下不新增。
通訊介面:
通常都支援SPI/I2C/UART,一般通過外部引腳配置選擇,為方便升級,可做相容設計;
天線設計:
天線電路主要由4部分組成:EMC濾波、匹配電路、天線、接收電路。以FM17550為例,如下:
濾波電路:
由L1、C1組成的低通濾波器用於濾除13.56MHz的衍生諧波,該濾波器截止頻率應設計在14MHz以上。L1電感不可靠近擺放,以免互相干擾(互感效應)。濾波電路元件匹配公式:f=1/(2π√LC)
匹配電路:
用於調節發射負載和諧振頻率。射頻電路功率受晶片內阻和外阻抗影響,當晶片內阻和外阻抗一致時,發射功率效率最高。C2是負載電容,天線感量越大,C2取值越小。C3是諧振電容,取值和天線電感量直接相關,使得諧振頻率在13.56MHz。
接收電路:
C4濾除直流訊號,R2和R3組成分壓電路,使得RX接收端正弦波訊號幅度在1.5-3V之間。
天線:
由R1電阻(通常是1ohm或0ohm)和印製PCB組成。
天線越大,讀卡距離越遠,當天線面積達到5cm x 5cm以後,再增大天線,讀卡距離沒有明顯提升。
天線線寬建議選擇0.5mm - 1mm。天線大於5cm x 5cm不能多於3圈,小於3cm x 3cm不能小於4圈
為減小EMC輻射干擾,需要將PCB走線轉角處畫成圓弧。
天線區域內和天線邊緣禁止將訊號、電源、地線畫成圈或者半圓,天線圈內不可有大面積金屬物體、金屬鍍膜,避免引起磁場渦流效應造成能力嚴重損耗。
天線PCB繞線方式是相對的,不是同向。
天線電路設計元件的精度應控制在2%以內,否則容易導致天線諧振頻點偏差,導致讀卡效能嚴重下降,產品一致性難以保證
天線大小和讀卡距離關係