NFC射频电路原理分析 NFC射频电路匹配调试方案

NFC匹配调试

一.NFC射频电路原理分析

1.差分电路中的LO,C0组成LC滤波电路,用于滤除超过13.56MHZ以上的频率,用于过EMC测试用.

2.C2,C1用于匹配天线用,并且一定是C2先并联,C1串联.

3.Ra,为串联电阻,用于调节天线的带宽用,前一篇已经说明原因了,Q=WL/R,增大R,以降低Q,从而增大3db带宽,后面再另写一篇专门说明Q与3db带宽的文章.

4.Lant为天线线圈等效天感,可通过网络分仪测得.

二.NFC射频电路匹配调试

发射差分电路设计目标是要把信号能量最大限度地传输到天线线圈，转换成电磁能量

为了实现这一目标，就需要在芯片和天线之间通过阻抗匹配电路后能够实现共轭匹配. 注意是共轭匹配,严格说是TX1,TX2端口的阻抗与端口后整个链路进行匹配.

设计步骤如下:

1)确定NFC芯片最佳工作阻抗

2)设计天线线圈，测量天线线圈的等效电路参数

3)根据Q值或带宽要求确定串/并联电阻的阻值,大多时候,用串联电路就可以了, 并联电路 是串联电路的转换,文章只对串联电路进行说明.

4)根据需要滤除的高次谐波分量，确定LC结构EMC波器 的截止频率，计算EMC滤波器的L、C值

5)计算阻抗变化电路中的电容容值实现共轭匹配*

6)实际测试与参数调整

具体步骤如下:

1.确定NFC芯片最佳工作阻抗

NFC芯片的工作阻抗是芯片本身决定的,可以通过查看规格书获得,对于NXP511/531,射频端口的阻抗为30R左右,这个阻抗只指TX1,TX2端口的阻抗

2.设计天线线圈，测量天线线圈的等效电路参数

我们在调试时,一般天线都设计好了,假设天线参数设计合理,我们这时只要测试天线的等效参数.测试天线参数的常用工具是网分.特别说明,天线测试时,需要较准网分设备,一般设置频率为1-100MHJ,并且要补偿所用到的馈线.

下图测试的参数为Z=0.868+j88.01

参数说明:

1)0.868为天线的等效串联电阻

2)88.01为阻抗的虚部,实际是wL的值,w=2π*f,f=13.56MHZ

3)1.032977uh,是电感,说明测得的线圈为感性,在smith图的上方,见下图中的M1点.这个值与88.01的联系就是上面说的公式,下面再验证下:

88.01=WL=2π*f*L

L=88.01/(2π*f)

L=1.0335uH

计算得的值与测得的值有细微差别,是因为取值为π取的3.14,

3.确定Q值和串联电阻

1)确定Q值

Q=WL/R,就是虚部除以实部,

Q=88.01/0.868=101.39,显然,Q值太高,(这个Q值实际是由L/R决定的,说明L较大,R较小,推测,NFC的天线画得较大,走线较宽),见下方图

2)确定R ,Q与3db带宽的关系为:

由上图可见,3db带宽的主要目的,就是要满足工作带宽,现定工作带宽为2MHZ

Q=23.1413.56/2=42.58

所以Q=88.01/(0.868+2*R)>42.58,可以计算出串联电阻.实际上天线的带宽抛物线的形状,3db带宽有可能大于2MHZ的工作带宽,所以这个值和天线的设计有关.Q值在40左右就可以了,有的芯片给出Q值要求,可以根据实际测试情况调整R,来调整Q值.

4.确定L.C值

L,C组成的L,C滤波电路,LC截止频率需大于NFC最高工作频率,小于13.56MHZ的二次谐波频率.

网上搜一个LC滤波计算的网站

电感L0 和选择考量:

1)高自谐振频率（>1GHz）
2)低ESR（ESR<1Ω）
3)标称的额定电流需要大于电路最大工作电流（>200mA）
4)390nH-1uH

5.调试匹配电路

1)当查出芯片的阻抗,确定好LC滤波电路的参数后,就可以进行阻抗匹配了,采用的是共轭匹配.

3)去掉两个C1,C2,Ra,在TX1,TX2的L0右侧,用网分测得电抗为:Za=A+jB,注意,测试时,取下芯片,在TX1,TX2再端焊等效于芯处的电阻.

4)电路等效 ,电容串联,相当于电阻的并联,电容的串联相当于电阻的并联.

5)用simth圆图先仿真,调试电容的值,得到Zb共轭与Za,即:Zb=A-jB,注意simth仿真的值,要转成上图左右的值.

6)实际网分调试时,与仿真值会一些差距,要根据实际情况进行调整.

三.通过两种方式进行验证

1.实际测试距离验证

2.取下芯片,用网分在TX1,TX2两端测试,电抗在以芯片阻抗比如33R,附近即可.