为MAX66300设计天线

本应用笔记旨在提供有关如何实现MAX66300 NFC/RFID读卡器和认证器IC所需的天线设计的更多信息。

MAX66300模拟前端说明

MAX66300模拟前端（AFE）集成了符合所有13.56MHz空中接口标准的发送和接收链。

实际上，MAX66300内部配置字寄存器（可选位）允许设置以下参数：

上行链路通信（读取器到标签）：

调制指数：100% 或 7% 至 30%

数据速率和数据编码，帧

下行链路通信（标签到阅读器）：

子载波：424kHz至484kHz（ISO 15693）。用户可以调整读卡器芯片内部滤波器以获得最大性能。

数据速率、数据编码、帧。

MAX66300支持读卡器芯片提供的不同配置：

ISO 15693 标准

MAX66300模拟前端（内部结构）

如图1所示，AFE的读卡器发射器由以下部分组成：

天线驱动器（推挽式结构）

调制器

振荡器由外部晶体或通过 OSCIN 输入驱动（可选位 26）

使用选项位 6 和 7，AFE 可以支持三种不同的拓扑连接到天线，例如：

直接天线连接

双并行输出驱动器

RFIN 解调输入

图1.模拟前端的读卡器发射器。

直接天线连接

在图2的配置中，天线通过谐振电容直接连接到读卡器输出。

图2.模拟前端的直接天线连接。

对于天线调谐，建议遵循以下示例：

使用13.56MHz的RLC表测量天线参数。

天线电感：1.2μH

品质因数：20

欧姆天线电阻可以通过应用以下公式得到：

RANT = 5.11Ω

谐振电容值（CRES）计算如下：

f0 = 13.56MHz

L = 1.2µH

CRES = 115pF

计算与天线串联电阻如下：

RAD = 10Ω

RANT = 7Ω

VDD = 5V

VSS = 0V

IANT （peak） = 141mA

RSER = 20Ω

该电阻用于限制读卡器输出级驱动器的电流。

计算谐振电容两端的电压以确定电容分压器，如下所示：

VANT = 20V

为了满足RFIN输入的最大规格，天线电压必须除以近4倍。

最后，使用此处给出的Cres公式计算图2的电容值：

Cres = 115pF（先前在步骤 2 中计算）

直流电容分压器等于 4

C1 = 100pF

CDV1 = 15pF

CDV2 = 68pF

双并行输出驱动器

在远程天线配置的情况下，如图3所示，使用匹配阻抗电路使同轴电缆负载适应读卡器输出阻抗。如图 4 所示，史密斯控制图用于确定匹配网络的分量值。

图3.模拟前端的双并行输出驱动器。

举个例子：

所需天线阻抗：50Ω

ANT1 和 ANT2 输出阻抗：3.5Ω（同相驱动）

参考	价值
C1	680pF， 0805， NPO 技术
C2	680pF， 0805， NPO 技术
C3	820pF， 0805， NPO 技术
C4	1nF, 0805, NPO technology
C5	680pF, 0805, NPO technology
C6	560pF, 0805, NPO technology
C7	820pF, 0805, NPO technology
C8	33pF, 0805, NPO technology
L1	180nH, low serial resistance
L2	270nH, low serial resistance

图4.史密斯图。

为了适应从3.5Ω输出驱动器电阻到50Ω天线阻抗负载，使用六个步骤，如以下示例所示：

步骤1使用MAX5对应的驱动器输出阻抗33600Ω。

步骤2通过添加两个680nF的串行电容来获得阻抗。

步骤3根据串行电感L1至Z = 3.5 + 6.9j的影响调整阻抗结果。

步骤4：由C3、C4和C5组成的并联电容网络具有1.224nF的全局电容，在本例中产生的阻抗为14.6 – 1.1jΩ。

步骤5：第二个串行电感L2是匹配网络的一部分。因此，新的阻抗值变为：

步骤6：由C6、C7和C8组成的并联电容网络具有365pF的全局电容，其输出阻抗设置为最终期望的50Ω。

接待链

模拟前端的接收链可通过使用选项位13至8进行配置。接收链框图如图5所示。

图5.接待链。

RFIN 解调输入

RFIN1 和 RFIN2 输入具有相同的内部结构和相同的灵敏度。它们连接到开关，其中状态由选项位 14 定义：

位 14	描述
0	已选择 RFIN1 输入
1	已选择 RFIN2 输入

如果不使用一个输入，则必须通过一个10nF电容将其连接到模拟地。

解调器

异步检波器移除13.56MHz载波，并将幅度调制传输到接收链的其余部分。

过滤 器

低通和高通滤波器构成接收链滤波。可以通过芯片选项位（位 8、9 和 10）设置其转折频率。此设置取决于标签使用的子载波。

例如：

副载波：424kHz

低通滤波器选择：1MHz

高通滤波器零点：200kHz

放大器 - AGC

通过选件位15，用户可以启用或禁用AGC功能。AGC 开/关选择主要取决于最终应用。放大器增益可降低至40dB。在嘈杂的环境中，降低增益值以保持相同的读取性能可能是有用的。

为了获得最大的性能，建议按如下方式使用 AGC 放大器：

特征	选项位	描述
AGC 攻击模式选择	16	总是攻击
AGC 衰减模式选择	17	快速衰减
AGC 攻击率	18 到 19	~19分贝/微秒
AGC 衰减等待	20 到 21	~44微秒

比较仪

最后级比较器在系统输出端提供标签调制。内部处理机器使用该数字信号来读取标签发送的数据。

总结

本应用笔记提供了MAX66300天线设计的方程式和基本设计理念。

审核编辑：郭婷