NFC射频天线设计详解：电路结构与关键参数
NFC射频天线设计详解：电路结构与关键参数
NFC（近场通信）技术在现代生活中应用广泛，从手机支付到门禁系统，其核心在于射频天线的设计。本文将详细介绍NFC射频天线的电路结构和设计要点，帮助工程师和技术人员更好地理解和应用这一技术。
一、NFC天线电路结构
如图3.3所示，13.56MHz读卡器电路由两部分组成，其中引脚RX到引脚AGND部分区域是信号接收电路；引脚TX1到引脚TX2之间区域是信号发射电路。
信号接收电路
由四个元器件构成，图中电容C4用来稳定读卡芯片内部提供的固定参考电压Vmid，R1、R2将参考电压信号引入RX引脚，使得RX引脚接收到的正弦波信号幅度在1.5~3V之间，通过调节R1、R2的比值可以调节RX引脚信号的幅度，使得芯片的读卡距离最佳。
信号发射电路
分为EMC滤波电路、谐振和阻抗匹配电路、天线线圈三部分，如下图所示。
EMC滤波电路
主要由LC低通滤波电路组成，目的是滤除TX1和TX2发送出的天线信号中的衍生高次谐波，提高读卡器与卡片之间正常通讯的同时，也能减少天线部分对其附件电路的电磁干扰。该滤波器的截至频率应该设计在14MHz以上，且电感不能靠近摆放，避免互感效应引起的相互干扰。滤波电路元件匹配公式：F=1/（2Π√LC）。
阻抗匹配电路
目的之一是为了调整整个天线发射部分的谐振频率点在13.56MHz附近，使得线圈上的信号幅度增加有利于磁场辐射。目的之二是为了将天线发射电路的电阻匹配到与读卡芯片输出电阻附近（相等），此时可以使天线的发射功率达到最大值，有利于读卡距离的提升。
（用于调节发射负载和谐振频率。射频电路功率受芯片内阻和外部阻抗的影响，当芯片内阻和外部阻抗一致时，发射功率最高。C1是负载电容，天线感量越大，C1取值越小。）
天线电路
线圈绕制而成，发射电磁波给卡片并获取卡片数据。
二、天线设计要点
天线部分电路设计应该遵循以下原则：
- 发射电路部分尽可能对称设计，TX1和TX2出来的信号线和匹配电容对称放置。
- EMC滤波电路的电感应该用0805以上的封装，以保证有足够的电流通过，否则不利于远距离读卡。
- 天线面积越大，读卡距离越远。PCB线圈的长宽视具体情况而定，长宽在33cm以上4圈即可，长宽最大在55cm时2圈即可，再大的天线不会增加读卡距离，可参考上图推荐值。
- 天线走线宽度在20–25mil之间，走线间距在15–20mil之间，线圈拐角不能是直角或锐角，最好用圆弧过渡。
- 线圈线上及其四周不要大面积铺铜、否则会引起磁场涡流效应造成严重能力损耗，刷卡距离下降。
- 线圈周围不可有大面积金属平面、金属元器件存在。如果大面积金属平面不可避免，天线和金属平面的距离应遵循以下原则：
- 长距离读写卡，至少间隔10cm；
- 短距离读写卡，至少间隔3cm。
- 天线区域内及其四周禁止将信号线、电源线和地线画成圈或者半圈，避免引起磁场涡流效应造成严重能力损耗，刷卡距离下降。
- 天线电路电路元器件精度控制在1%之内，有利于保证天线刷卡距离和谐振点的稳定。否则，难以保证产品的一致性。
本文详细介绍了NFC射频天线的设计原理和具体参数，对于从事相关领域工作的技术人员具有较高的参考价值。