NFC芯片選型及基本電路框架

RFID作為一項專業(yè)度較高的技術(shù)，在一些公司，可能還會專門招聘專業(yè)的RFID工程師。本篇闡述的涉及到的只是基本選型設(shè)計、電路框架，關(guān)于RFID天線調(diào)試、低功耗檢卡調(diào)試等，后續(xù)再其他篇章會繼續(xù)更新！

NFC(Near Field Communication)芯片選型：

主要考量點：

芯片支持的協(xié)議、是否支持低功耗檢卡、是否能過金融認(rèn)證、芯片價格

芯片支持協(xié)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、點對點通信模式。

• ISO21481：在 ISO18092 基礎(chǔ)上兼容 ISO15693 協(xié)議。

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

• 金融認(rèn)證：PBOC2.0/3.0 標(biāo)準(zhǔn)、 EMV 標(biāo)準(zhǔn)

電路架構(gòu)：

NFC芯片外部電路通常由以下幾個部分組成：供電電路、通信接口電路、天線電路、振蕩電路；

供電電路：主要包括模擬電源AVDD、數(shù)字電源DVDD、發(fā)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(fā)射功率可提高TVDD的電壓，例如5V供電的TVDD形成的發(fā)射功率會比3V的要強；

b. 芯片的供電電流通常在幾十到幾百mA，主要的能量消耗在發(fā)射器的電路上。例如FM175xx的天線發(fā)射電流在100mA，RC663則可以達(dá)250mA，因此選擇供電芯片、電感器件時，需要注意留足余量；

c.讀卡芯片天線13.56MHz的正弦波信號會干擾電源，為減少傳導(dǎo)干擾，可以在電源端加π型濾波器，但為減少電路設(shè)計冗余度，一般情況下不添加。

通信接口：

通常都支持SPI/I2C/UART，一般通過外部引腳配置選擇，為方便升級，可做兼容設(shè)計；

天線設(shè)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于濾除13.56MHz的衍生諧波，該濾波器截止頻率應(yīng)設(shè)計在14MHz以上。L1電感不可靠近擺放，以免互相干擾(互感效應(yīng))。濾波電路元件匹配公式：f=1/(2π√LC)

匹配電路：

用于調(diào)節(jié)發(fā)射負(fù)載和諧振頻率。射頻電路功率受芯片內(nèi)阻和外阻抗影響，當(dāng)芯片內(nèi)阻和外阻抗一致時，發(fā)射功率效率最高。C2是負(fù)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(guān)，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(通常是1ohm或0ohm)和印制PCB組成。

• 天線越大，讀卡距離越遠(yuǎn)，當(dāng)天線面積達(dá)到5cm x 5cm以后，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。天線大于5cm x 5cm不能多于3圈，小于3cm x 3cm不能小于4圈

• 為減小EMC輻射干擾，需要將PCB走線轉(zhuǎn)角處畫成圓弧。

• 天線區(qū)域內(nèi)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(nèi)不可有大面積金屬物體、金屬鍍膜，避免引起磁場渦流效應(yīng)造成能力嚴(yán)重?fù)p耗。

• 天線PCB繞線方式是相對的，不是同向。

• 天線電路設(shè)計元件的精度應(yīng)控制在2%以內(nèi)，否則容易導(dǎo)致天線諧振頻點偏差，導(dǎo)致讀卡性能嚴(yán)重下降，產(chǎn)品一致性難以保證

天線大小和讀卡距離關(guān)系