NFC 硬件设计流程与天线匹配调试 ...... 矜辰所致前言我们已经学习过 NFC 的基础知识知道 NFC 工作的基本流程也使用官方的开发板做过示例测试了解了不同的卡片类型和数据格式。在实际应用中 NFC 的硬件设计是非常非常非常重要的一个环节这直接决定了你的 NFC 是否能够正常工作。所以本文内容就是来说明一下 NFC 的硬件设计与调试。NFC 基础知识相关博文NFC 基础知识汇总CH585 NFC 示例说明NFC 卡片数据解析.我是矜辰所致全网同名尽量用心写好每一系列文章不浮夸不将就认真对待学知识的我们矜辰所致金石为开目录前言一、设计总览1.1 电路功能与信号流程1.2 NFC 硬件框架1.3 设计流程1.4 参考资料1.5 所需仪器与工具二、需求确定三、EMC 滤波设计四、☆ 天线线圈设计 ☆4.1 天线设计注意事项4.2 天线设计实际步骤4.3 设计工具的使用4.4 天线设计小结五、☆ 匹配网络设计 ☆5.1 VNA 测天线参数5.1.1 需要测量什么5.1.2 仪器准备5.1.3 连接待测板子5.1.4 测 S11Smith 图模式5.2 匹配网络计算5.3 复测与调整5.3.1 复测连接点5.3.2 ☆观察图与调节方向☆5.3.3 复测 Smith 图说明5.3.4 调节示例六、接收电路设计6.1 峰峰值测量6.2 发送档位调节七、注意事项结语一、设计总览在进行设计之前我们必须要对 NFC 硬件电路有一个整体的认识知道我们要做什么按照什么步骤进行设计各部分电路具备什么功能设计调试需要使用什么工具等。1.1 电路功能与信号流程本小节的说明要结合本文后面的内容一起理解会更加清晰后文各章会分别展开说明。NFC 读卡器的射频前端由 EMC 低通滤波、天线匹配网络、天线线圈 和 接收电路四部分构成信号回路。NFC 芯片内部产生 13.56MHz 载波由 NFC、NFC− 以等幅反相的方波形式差分输出然后经过上面四部分电路构成信号回路EMC 低通滤波芯片输出的是 13.56MHz 波形但是在实际电路中还会有其他能量以高次谐波的方式发射出去所以需要使用 LC 低通滤波器把高次谐波过滤。天线匹配网络匹配网络有 3 个作用把回路的谐振点校准到 13.56MHz把天线阻抗调整到芯片所需的目标阻抗50Ω把品质因数 QQ 回路里存的能量 ÷ 每周期损耗的能量。控制在合适区间10~35 。天线线圈天线线圈在谐振状态下在其周围建立起近场交变磁场。既为无源卡片提供工作能量也承载下行调制命令。接收电路卡片通过负载调制改变自身吸收功率使读卡器天线上的载波幅度产生微小起伏该信号经分压网络衰减后由 NFCI 引脚送回芯片内部解调从而完成双向半双工通信。下面上一张 NFC 读卡器信号流程示意图1.2 NFC 硬件框架我们使用 CH585 原理图作为示例如下我们根据他们的功能给他们标注一下经过上图的标注再结合前文的介绍相信大家对于下面这些天线设计调节时候的示意图应该能一目了然了EMC Filter : EMC 低通滤波Matching : 匹配网络Antenna : 天线线圈PCB 示意图在实际设计中上面电路元器件的规格都是需要按照规范计算调节的这也是 NFC 硬件设计的难点以及关键点所在这也是本文所要说明解决的问题。1.3 设计流程设计流程这里直接参考沁恒官方一共的一个流程说明步骤说明如下说明以 CH585 为例下文会对每一步进行详细说明定需求供电电压范围2.4~3.6V、目标读卡距离、可用天线面积。EMC 低通设计定电感/电容值截止频率落在 14~18MHz。天线设计定形状/匝数/面积目标 Lant1~1.5µH用 VNA 实测 L、Rcoil、Cpa。匹配网络设计用《NFC-Reader Antenna Tuning》工具算 Cs/Cp/Rq 初值再用 VNA 测量最终调整至 13.56MHz、S11≤−20dB、Q≈20。接收电路设计按 Vdd 选分压比无卡时 NFCI≈(3.6VDD)/2 且 VDD1.4V。系统调试读卡距离/兼容性/装壳复测/故障排查。1.4 参考资料对于 NFC 参考资料博主个人来说接触的有 沁恒NXPST 的资料它们对 NFC 的应用设计都给出了相应的说明资料 这里给大家推荐一些资料。沁恒 EVT 资料在 CH585 EVT 包里面 NFCA 例程文件夹《CH585 NFC读卡器应用指南》.天线设计匹配调节表找沁恒 FAE 获取本地网页版的在线计算工具NXP 官方资料经典天线/RF 设计指南:https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1445_An1444.zip.天线设计与匹配/调谐NXP 的 NFC 控制器系列匹配拓扑与 CH585 通用https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN13219.pdfhttps://www.nxp.com.cn/docs/en/application-note/AN11740.pdf.匹配计算表格《NFC-Reader Antenna Tuning》多次出现在 NXP 文档中这个博主从哪里获取的忘了目前在 NXP官网博主没有下载到需要自行查找。.在线设计工具 [Online NFC Antenna Design Tool] :https://community.nxp.com/t5/NFC/bd-p/nfcST 官方资料NFC Inductance 天线设计工具https://eds.st.com/antenna/#/.NFC Tuning Circuit 匹配调节工具https://eds.st.com/nfc-tuningcircuit/官方的资料肯定是相对权威的但是同时英文原版的资料或许对很多小伙伴并不友好本来就是一个复杂的知识然后还是英文就更增加了理解难度所以本文博主会尽量把该有的步骤和需要注意的点都说清楚让大家可以参考文章便能实现 NFC 的硬件设计调试流程。1.5 所需仪器与工具矢量网络分析仪VNA要求:覆盖 1~100MHz单端口测 S11。用途通过 史密斯圆图 测量天线在 13.56MHz 的电阻和电感通过 S11(dB) 曲线 看调试结果。射频馈线 SOL 校准件要求:射频馈线越短越好。用途馈线用来连接网络分析仪 与 NFC 电路。SOL 校准件Short短路/ Open开路/ Load50Ω 负载三件标准件用来给系统校准去除电缆、接头的损耗与反射。示波器要求:≥100MHz 低寄生电容探头用途测量 NFCI 峰峰值及天线载波NP0/C0G 电容套件要求:±2%10pF~330pF 各档不能用 X7R。用途匹配电路微调NFC卡片要求:ISO14443A 卡用途读卡测试其中一些名词解释说明S11 是什么S 参数 — 散射参数描述高频下波的进出S11 即端口 1 的反射系数表示打进被测件的信号有多少被反射回来。单位 dB 且为负值−20dB 表示仅约 1% 的功率被反射反射幅度为入射的 1/10。单端口测 S11VNA 只接一根线到被测件一端测量入射波 与 反射波。对 NFC把 VNA 接在 TX 端NFC、NFC− 作参考地测从芯片看进去的反射S11 曲线在谐振频率处出现最深的 凹口。凹口位置 谐振点、深度 匹配好坏、宽度 Q带宽凹口最深处应精确对准 13.56MHzVNA 打 Marker 对正Q≈20 时 −3dB 带宽约 0.68MHz偏几百 kHz 仍能工作只是效率略降理想压到 ISO 载波容差 ±7kHz 内。调法调节 Cp并联电容在上面NFC 硬件框架小节示意图里面的 C2 和 C21 C22 并联组把凹口左右挪到 Marker 上。S11 dB 曲线示意图如下在仪器上为 Log Mag 下图是有点偏差的二、需求确定对于不同的芯片NFC 的性能会有差异对于 CH585 来说工作距离目标读取距离通常 2、3cm。电压范围2.4V ~ 3.6V 。天线尺寸与类型1、板载 PCB天线推荐或者 FPC贴片天线可直接购买2、CH585 采用双端天线不支持单端天线 。应用场景门锁、读卡器、卡模拟等。三、EMC 滤波设计相对来说滤波电路设计比较简单也比较好理解低通滤波器允许低频信号通过抑制高频信号。NFC 工作频率为 13.56MHz ± 7KHz 芯片内部会产生的射频信号会伴随高次谐波EMC 低通滤波器用于抑制谐波干扰。设计方法EMC 低通滤波器由上面原理图中 的L2/L3 和C9/C13 组成 它们是对称的L3、C13 一组L2、C9 一组截止频率计算公式f_c 1 / (2π√(LC))截止频率设计在 14~18MHz 即可要选高频特性好且额定电流足够的电感保证电感的额定值大于线路工作电流 。对于 CH585 而言电感需求在13.56M的时候电感感值不偏离电感电流要保证在 35ma 以内稳定工作电感的温度曲线要稳定官方推荐值元器件推荐值备注L2、L31.0uH ±5%例如TDK 1R0J 系列C9、C13100pF ±2%NP0 材料电容推荐值 L1.0uH, C100pF → f_c ≈ 15.9MHz四、☆ 天线线圈设计 ☆本章节来说明一下天线如何设计。前面我们说到天线 可以使用 板载 PCB天线或者 FPC贴片天线 在某宝可以买到现成的的 NFC感应 FPC 贴片天线如果采购现成的就可以省去本小节的步骤直接到下一小节匹配网络设计调节。提前说明一下虽然天线设计是需要通过公式估算的但是在实际应用中都已经有了现成的工具我们只需要根据自己的设计填入对应参数就可以完成天线的设计大家不用过于害怕。4.1 天线设计注意事项对于天线设计在《CH585 NFC读卡器应用指南》文档中有很明确的说明只要使用双端天线的芯片就基本上注意事项是一致的都可以作为参考具体以实际芯片相关手册为准CH585 采用双端天线进行PCD 的通讯不支持单端天线。线圈天线等效于电感增加天线线圈匝数和面积可以增加电感值耦合能量更大天线工作距离更远但如果天线的等效电感值太大使得天线工作于13.56MHz 谐振点时致调谐电容太小不易匹配。天线推荐感值设计在1uH 到1.5uH 之间。天线感值的估算天线的感值通过公式和工具只能得到估算值最终以网络分析仪实测为准。4.2 天线设计实际步骤确定 PCB 上留给天线的空间产品外形决定了 PCB 尺寸确定 PCB 能够预留给 NFC 天线的区域由多少大一般来说要做 NFC 产品肯定会预先预留一定的空间更多的问题在于预留的空间够不够而已那么这个问题肯定是空间越大越没问题至于想要足够小又能用那就得自己去通过公式或者工具去估算了。选形状一般来说都选矩形 PCB 容易画此时 K 1.47 。确定物理尺寸参数我们必须要关注的参数如下① K 天线形状系数K 1.47② 线圈长宽线圈周长一般都是最外圈的参数③ 线圈 PCB 导线宽度就是 PCB 画线的用多粗的线④ 线圈间距天线相邻圈的间距当然这些参数最后还要配合下面的线圈匝数一起起作用在设计过程中这些参数是可以根据需求适当进行调整的。⑤ 线圈匝数: 天线画几圈通过上面的物理参数计算线圈的匝数通过工具可以得到不同匝数的线圈估算电感值从而确定线圈的匝数。其他的敷铜厚度PCB 厚度等参数一般都以工具默认为准即可。对于上面 5 点会在本文下面设计工具的使用进一步的说明。PCB 画图画图从外圈开始画还是从内圈开始画都可以然后外圈连接 NFC/NFC- 匹配电路 还是内圈连接也都可以。然后线怎么走孔怎么过只要是规则的线圈一般也都没问题这个可以参考一下EVT 里面的 PCB 。最终还是需要实际测量然后根据实际测量结果调整的。4.3 设计工具的使用为了说明工具的使用我们这里使用 CH585 EVT 开发板已经画好的天线进行一下验证说明。实际设计中大家还是需要大家先计算然后再画天线的。我们前面参考资料里面介绍了NXP 和 ST 的天线设计工具 注意这两个工具都仅限于矩形天线。我们先使用 NXP 的工具来计算一下天线在线设计工具 [NXP NFC Antenna Design Hub] :https://community.nxp.com/t5/NFC/bd-p/nfc我们根据上面的测量结果代入工具计算再看看 ST 的工具NFC Inductance 天线设计工具https://eds.st.com/antenna/#/额外再验证一下上面的参数我们线圈使用 3 和 5 都得不到我们想要的结果如下图通过上面的说明我们可以看到这两个工具结果是差不多的。4.4 天线设计小结在实际设计中线圈的匝数往往是最后确定的先确定自己的天线区域然后知道最外圈天线的大小然后按照自己想要设计的间距和线宽最后通过公式估算得到需要的圈数。5个关键参数K 天线形状系数矩形线圈长宽线圈周长线圈 PCB 导线宽度线圈间距线圈匝数根据上面参数通过公式或者工具计算得到五、☆ 匹配网络设计 ☆匹配电路的设计主要就是确定下面的电容和电阻在有些模型中C21C22 只用一个 C2 表示使用两个并联电容是为了更加方便的匹配C21C21 C2 电容并联的值是直接相加。 记住匹配网络的模型串联电容称为 C1 并联电容称为 C2 。这些数值是需要在我们上面设计的天线实测数据基础上根据公式计算出来的。和天线设计一样我们也不用担心公式的计算已经有现成的表格工具供我们填入参数帮我们计算我们要做的是学会使用网络分析仪对天线网络进行测试得到我们需要填入的数值。5.1 VNA 测天线参数VNA 网络分析仪不同的 VNA 操作方式可能不一样但是所要经历的步骤都是一样的。5.1.1 需要测量什么我们需要测量的参数有 3 个天线的等效电感 L等效电阻 Rcoil和 自谐振频率 用来计算寄生电容 Cpa如同下面的模型通过这 3 个参数按照公式或者工具可以估算出匹配网络的电容和电阻大小。5.1.2 仪器准备网络分析仪校准 每次重新开机VNA 都需要校准使用 开路/短路/负载 校准件进行校准端口延伸到测试线缆末端就是要带整个馈线校准 。校准操作示意图校准件连接示意图频率范围设置这个仪器上面都好找要么直接通过 Start 和 Stop 按钮设置没有按钮的点击频率参数中文或者英文里面选择。查看 Smith 图模式建议选择 1 MHz ~ 100 MHz至少要覆盖 13.56 MHz 及其自谐振频率查看 dB 曲线模式Log Mag可以缩短一点比如我们主要看 13.56MHz 的曲线可以选择 1 MHz ~ 27 MHz 使得凹点在中央位置方便查看。Smith 图模式示意图dB 曲线示意图5.1.3 连接待测板子天线通过微带线/SMA 头连接到 VNA 端口。若天线是 PCB 天线无接头可用校准过的探针台夹住馈电点测试 A B或者直接把连接件焊接至 PCB 上测试点 A B 看下图需要断开前面电路部分只测试天线线圈的参数如下图所示硬件连接示意图硬件连接实物图5.1.4 测 S11Smith 图模式我们要测试天线的等效电感 L等效电阻 Rcoil和 自谐振频率 用来计算寄生电容 Cpa我们需要通过 VNA 的 Smith 图模式 。把频率范围设置到覆盖 13.56 MHz 及天线自谐振频率的点1~ 100 或者 10 ~ 100 单位MHz 都可以。我们通过 VNA 上Format显示格式—Smith史密斯—RjX选择Smith 图模式 如果此时我们按照上面的说明连接上了板子天线那么我们会从 VNA 屏幕上看到史密斯图上靠右有一条黄色的线下图圈内右边黄线然后我们需要设置两个 Marker 光标点第一个点设置为 13.56MHz 读取天线在 13.56MHz 的等效电阻和等效电感第二个点需要我们手动跟踪选择是查看自谐振频率 Fra 图中就是黄线与圆图中间那条直线的交汇点。实际读到的数据和说明如下图步骤Format显示格式—Smith史密斯—RjX选择Smith 图模式 —start/stop设置频率范围(1MHz ~100MHz) — 设置Marker113.56Mhz — 移动滚轮找到Marker2点5.2 匹配网络计算OK初步测量得到了需要的参数天线在13.56MHz 的 等效电感 LL 1.146uH天线在13.56MHz 的 等效电阻 RcoilRcoil 3.53Ohm自谐振频率 fra 38.04 MHz计算寄生电容 Cpa通过下面公式计算天线的寄生电容C p a 1 ( 2 ⋅ π ⋅ f r a ) 2 ⋅ L C_{pa} \frac{1}{(2 \cdot \pi \cdot f_{ra})^2 \cdot L}Cpa​(2⋅π⋅fra​)2⋅L1​有些工具里面可以直接帮我们计算现在有 AI 也可以让 AI 给我们计算得到寄生电容 Cpa 15.36pF接下来就可以把这几个值直接填入 匹配电路计算表格上图绿色为需要填入的参数input橙色为输出的结果output把我们上面的LCpaRcoil填入Q 填入设计的理想 Q 值这里写 20 建议 10 ~ 35 Target Impendence 目标阻抗写 50 Femc 截止频率填入13.56 MHz根据我们之前EMC 滤波设计的分析建议我们直接 L0 填入 1000 nH C01 和 C02 填入 50pF 。低通滤波器截止频率比我们想要的大没关系。表格中有两个 Result 就是 Rs 和 C1 和 C2C21 C22就是计算出来的我们的匹配电路的参数 当然我们可以看到算出来的阻容值有可能并不常规这时候我们可以使用近似值比如 19.6pF 使用 20 pF 0.68Ω 使用 1Ω183.6pF 使用两个电容组合3.6 pF 180.0 pF 这些值还需要通过后续的测试进行调整。除了上面常用的《NFC-Reader Antenna Tuning》博主还从沁恒 FAE 得到一个本地 html 计算工具也可以计算匹配电路的数值如下图 5.3 复测与调整按照上面计算出来的匹配网络的值焊接好元器件我们还需要再一次进行测量。5.3.1 复测连接点这次测量就不单单是只测试裸天线了需要带上整个滤波匹配的电路天线的连接点 A B 如下图硬件连接示意图5.3.2 ☆观察图与调节方向☆复测时候更加合理的观察建议是 dB 曲线和 史密斯圆图一起观看如下图上图放在一起是为了能够看懂的人更直观的看到问题所在对于初学者不需要两个黄色和青色一起看它们只是 S11 的两种不同的表现形式初学者先看 黄色部分即可。我们这里也分开说明先看比较易懂的 Log Mag 的 dB 曲线上图中黄色线表示的曲线 。S11 最深的点 谐振点 能量传输最好的点理想的情况就是把 13.56MHz 调整到到这个最深的谷底上Marker1 点是我们想要看的 13.56MHz 的位置Marker2 点是我们实测的曲线最凹点的位置。理想的情况: 13.56 MHz 在最凹点的位置并且深度 ≤ -15 dB最好 -15 ~ -20 dB同时 -3dB 带宽 Q 20~30 。上面的 13.56MHz 的位置曲线深度和带宽都是与我们匹配电路息息相关 回顾一下匹配电路模型 C1 C2 RqC2 并联电容主要影响天线电路的谐振频率点 增大 C2 会使得 dB 曲线最凹点往左移动协谐振频率变小减小 C2会使得 dB 曲线最凹点往右移动。一般都是根据测试结果先调整 C2 把 dB 曲线最凹点先尽量靠近到 13.56MHz 。C2 对 谐振频率点的影响图如下C1 串联电容主要管的是 13.56MHz 处阻抗大小影响曲线的深浅增大 C1 会使得天线阻抗变大减小 C1 会使得天线阻抗变小在小于目标阻抗的时候增大 C1会使得 dB 曲线更深在大于目标阻抗的时候增大 C1 会使得 dB 曲线更浅。C1 有一个最佳值让 dB 曲线 最凹点最深。偏离这个最佳值无论往大还是往小谷都会变浅从左边上爬到山顶从右边上也爬到山顶过了山顶往下走不管哪个方向都是下坡。。单从 dB 曲线是无法判断 C1 大还是小的一般来说 dB 曲线看到的最凹点能够 -20 dB 就已经算是满足需求了。理论上来说以目标阻抗为 50Ω 为例子 13.56MHz 标记点在实轴上圆心左侧偏短路侧0~50Ω说明 C1 太小需要增大 C1。如果标记点在圆心右侧偏开路侧50Ω说明 C1 太大需要减少 C1 下文会有史密斯圆图阻抗点说明。必须先调好 C2 再调 C1如果标记点还不在实轴上带虚部、相位没归零那说明 C2 没调好。在 C2 偏差大的情况下使用上面的理论会产生误判。所以实际中如果需要最优效果往往需要循环多次。C2 对相位 → C1 对幅度 → 再 C2 修相位循环 2~3 轮。单看 dB 曲线可以初步断定是否需要调节 C1 dB 比值是 S11 回波损耗。-10 dB 表示 90% 传输10% 反射-20 dB 表示 99% 传输1% 反射一般 dB 曲线最凹点在这个值已经很好了 实际应用中一般情况下 13.56MHz 点在 -10 dB 情况就已经可以使用了对于一些特定需要距离远的还需要调节。C1 对 S11 dB 曲线深度的影响图如下Rq 阻尼电阻主要影响 Q 值 / 带宽 NFC 信号不是单一频率。13.56MHz 载波两侧有调制边带这些边带携带着通信数据所以要求有一定的 “宽度” 。Q 值就直接决定了 这个的 宽度Q 值 20 为什么是推荐值Q 20 → 带宽 13.56MHz / 20 678KHz总带宽 678 kHz覆盖应用所需要的带宽同时场强也够强是距离和稳定性的最佳平衡点。Q 值高 → 带宽窄 → 边带被削掉 → 数据丢失 → 读卡失败Q 值低 → 带宽宽 → 边带完整通过 → 通信稳定但场强弱、距离短我们通过上文 目标 Q 值计算出来的参数即便是使用了靠近的电阻值不是计算出来的值一般也不需要调节。Rq 对 S11 dB 曲线带宽的影响图如下调谐顺序小结调 C2 → 把谷移到 13.56MHz频率对准调 C1 → 把谷调到最深阻抗匹配需 Smith 圆图看方向调 RQ → 如果谷太窄Q 太高增大 RQ 把谷展宽非必要一般 Q 值在 10~35 范围内不需要调节如果实测效果差需 Smith 圆图循环第一步第二步。最后上一张表格说明3个参数的影响与调节方向C1串联电容C2并联电容RQ阻尼电阻板上对应C4 / C10C12 / C14R13 / R14主要影响阻抗大小谐振频率Q 值 / 带宽dB 曲线上看谷的深浅谷的左右位置谷的宽窄Smith 图上看点在圆心左/右点在水平轴上/下轨迹圆圈的大小增大阻抗↑谷变深过头变浅频率↓谷左移Q↓带宽↑谷变宽变浅减小阻抗↓谷变浅过头也变浅频率↑谷右移Q↑带宽↓谷变窄变深调谐顺序第 2 步 循环回到第一步第 1 步第 3 步可选有关 Smith 图说明请看下面章节5.3.3 复测 Smith 图说明在上面一张 VNA 图中我们青色线的部分就是Smith 图 。对于我们来说 我们理论最理想的图如下史密斯图 阻抗圆图看不懂图没关系记住几个点就行了灰圈r0.2/0.5/1/2/5 恒阻圆同一圈上电阻相同、电抗不同括号里已折算成 50Ω 系统的实际欧姆值蓝弧x±0.5/±1/±2 恒抗弧同一弧上电抗相同上半 jX 感性、下半 −jX 容性横轴 纯阻线x0左端短路 0Ω → 圆心 50Ω → 右端开路 ∞圆心红点:匹配目标50Ω j0纯阻、无电抗——调谐就是把工作点挪到这里绿虚线圈:良好匹配区离圆心近 反射小在上文推荐的参考资料 NXP 的 AN1445 文档里面《 4.4 Tuning procedure 》有调优说明资料链接如下经典天线/RF 设计指南:https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1445_An1444.zipNXP 的例子的目标阻抗是 20 Ω 的所以他的理想图与我们 50 Ω 的理想图位置不一样。需要调节 C1 的情况需要调节 C2 的情况整体的调节过程 如果想要深入研究可以自行查看 NXP 手册对于 NFC 的详细调节都有详细的说明。5.3.4 调节示例实际应用我们只能是往接近理想的值去调节是很难调节到理论完美的点的是需要不停的调节趋近理想的位置然后测试满足自己测试最大的需求就可以了。本小节只展示一个调节的示例供大家参考要看明白过程需要结合上文的内容最开始实际上这个时候已经可以正常读卡了只是距离差一点增加 C2 减小 C2增加 C2减小 C2增加 C1本示例并不绝对的表示最后的结果就是最优的结果可能期间每一种组合都可以正常的读到卡片具体的还是需要根据大家实际应用情况去实测。通过本次的调节图片可以让大家更直观的感受到调节的效果。 给大家实际调节一个实际的示例说明。六、接收电路设计接收电路的设计与使用的芯片有密切关系这就需要大家去参考自己使用的芯片对应说明了。对于 CH585 而言接收电路的设计在沁恒《CH585 NFC读卡器应用指南》有详细的说明接收推荐电路如下 对于CH585 读卡而言核心的准则就是接收引脚 NFCI 需要保证无卡时输入NFCI 引脚电压的峰峰值在(3.6VVDD)/2 左右且小于VDD1.4V。同时在有卡片时载波电压的峰峰值在1.0V 以上。读卡器开始工作时NFC_CTR 输出低电平R12 和 R16 形成分压 。不需要分压时将 NFC_CTR 设置为模拟输入 。需不需要分压和分压多少是要根据实际测试到的天线工作时候的峰峰值来决定的 一般来说都需要分压我们需要确定分压电路的大小。6.1 峰峰值测量峰峰值测量是要使用示波器要注意测试时需要使用寄生电容极小的探头。寄生电容过大会导致测试得到的数据不准确因为就相当于增大了匹配电路的 C2 影响电路特性。它的测量点如下所示因为是单边采样所以另一端接 GND不建议测量 NFCI 点和 R16 左边的点测量经验建议测量峰峰值需要我们芯片 PCD 模式开启射频使用nfca_pcd_start()函数开启我们可以直接在 CH585 EVT 示例里面 NFC 的 MifareClassic 示例修改一下示例路径如下在main.c的 109 行后面加一个死循环编译烧录然后连接上示波器查看测量点的峰峰值即可按照上面的准则确定两个分压电阻阻值上面的峰峰值直接可以使用原图 1K 和 2K 分压电阻即可。要注意两个分压电阻之和要不小于 3K。6.2 发送档位调节发送时需要根据实际情况在程序中调节发送档位来更好的调试接收电路。CH585 提供 4 个发送档位来调节天线信号强度调节方法和 API 见 EVT 示例程序。在不同的电源电压下推荐使用如下的发送档位不同电压下的推荐发送档位表格Vdd 范围 (V) 发送档位2.4 Vdd 2.6 Level32.6 Vdd 3.0 Level23.0 Vdd 3.4 Level13.4 Vdd 3.6 Level0对于电感过小的天线可以通过提升发送档位来改善效果。七、注意事项一些 NFC 使用设计的注意事项说明。首先要注意在 CH585 的文档中的 PCB 注意事项的说明大家在设计的时候也要认真参考C16 在PCB 布线时应尽量靠近芯片天线上下能不敷铜最好参考 EVT 板子。滤波电路电感背面不要走线更不要把天线线圈画在电感背面。关于天线中心点是否接地个人查看资料是说如果 EMC 检测超标可能就需要天线中心接 GND 但是天线中心接 GND 可能会导致匹配偏移会在一定层度上影响 NFC 功能。线圈内 / 周边禁止画大块半圆、圆的信号、电源、地会破坏磁场。在某些应用比如门锁应用中触摸按键画在线圈内的情况TOUCH PAD 需要开口 要遵循下面准则:金属环境在金属外壳或电池附近部署天线时必须引入高磁导率铁氧体片作为磁屏蔽否则涡流会严重吸收磁场导致距离急剧下降。最终产品中天线附近有电池、金属、屏幕等会显著拉低谐振频率。所以在条件允许的情况下 强烈建议 整机装配状态下测试调节。结语本文我们详细的介绍说明了 NFC 硬件设计和调试相关的内容从天线网络认识到各部分功能到各部分设计流程都有详细的描述在实际应用中可能限制大家最大的是手头没有网络分析仪其实市面上也有低成本手持式的 NanoVNA 也可以满足调试的需求 本文是针对硬件的设计调试说明对于 CH585 软件的使用可参考博主之前的博文。博主在文中已经尽量把需要的步骤关键的步骤都给出说明但是个人的理解终归是有限的希望大家有问题随时指正同时希望本文对大家有所帮助好了本文就到这里。谢谢大家