NFC芯片選型及基本電路框架

RFID做爲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天線調試、低功耗檢卡調試等，後續再其餘篇章會繼續更新！

 

NFC(Near Field Communication)芯片選型：

 

主要考量點：

芯片支持的協議、是否支持低功耗檢卡、是否能過金融認證、芯片價格

 

芯片支持協議：

• ISO14443A/B、ISO1569三、 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、 SR17六、 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 基礎上兼容 ISO15693 協議。

• LPCD 功能：芯片低功耗檢測卡片功能。沒有卡片靠近時，芯片處於低功耗狀態， 僅需10uA 電流，就能完成卡片偵測， 當卡片靠近時，芯片偵測到卡片，喚醒單片機讀卡。

• 金融認證：PBOC2.0/3.0 標準、 EMV 標準

 

電路架構：

 

NFC芯片外部電路一般由如下幾個部分組成：供電電路、通訊接口電路、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. 若是須要提升發射功率可提升TVDD的電壓，例如5V供電的TVDD造成的發射功率會比3V的要強；

b. 芯片的供電電流一般在幾十到幾百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則能夠達250mA，所以選擇供電芯片、電感器件時，須要注意留足餘量；

c.讀卡芯片天線13.56MHz的正弦波信號會干擾電源，爲減小傳導干擾，能夠在電源端加π型濾波器，但爲減小電路設計冗餘度，通常狀況下不添加。

 

通訊接口：

一般都支持SPI/I2C/UART，通常經過外部引腳配置選擇，爲方便升級，可作兼容設計；

 

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爲例，以下：

濾波電路：

由L一、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，以避免互相干擾(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。射頻電路功率受芯片內阻和外阻抗影響，當芯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濾除直流信號，R2和R3組成分壓電路，使得RX接收端正弦波信號幅度在1.5-3V之間。

 

天線：

• 由R1電阻(一般是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之後，再增大天線，讀卡距離沒有明顯提高。

• 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

• 爲減少EMC輻射干擾，須要將PCB走線轉角處畫成圓弧。

• 天線區域內和天線邊緣禁止將信號、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，避免引發磁場渦流效應形成能力嚴重損耗。

• 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%之內，不然容易致使天線諧振頻點誤差，致使讀卡性能嚴重降低，產品一致性難以保證

天線大小和讀卡距離關係