NFC 滤波网络设计考虑
本节开始介绍NFC射频电路的匹配设计与场强评估
EMC限制要求
NFC射频产品要满足出口美国或者欧洲，射频满足FCC（联邦委员会）47和欧洲远程通信标准委员会标准（ETSI）300 330标准一致；
注：短程设备（SRD）；频率范围为 9 kHz 至 25 MHz 的无线电设备和频率范围为 9 kHz 至 30 MHz 的感应环路系统
在13.56MHz下,规定指出(ETSI)300 330的附录L有关光谱模式的规定必须要遵守。
在13.56MHz的载频最优+/-7kHz范围内,难的事情是限制(降至60dB)高阶的单模谐波水平(由方波发生器产生,由在使用中的集成电路产生),将会落至射频频段(通常N=13=176.28MHz,在N=27=366.12MHz时)。
出于以上EMC噪声抑制原因,我们会使用滤波器设计。
滤波电路
为了满足上述所有的规定,在设计信号发生器与最终天线电路之间的负载四配电路之前,需要插入一个低通滤波器(出于简单和费用的考虑,仅为LC电路,如图NFC 电路理论介绍的滤波回路),从而滤除包含在输出信号中的谐波分量,在13.56MHz时,谐波分量只包含奇数谐波3、5、7、9等。滤波电路有两个功能:
1. 信号的滤波装置
(2)阻抗转换器,如上述部分所述,第二目标是在相位调制(在读卡器模式(时)以后,减少上升时间和增加接收带宽。
注意事项:
滤波器的主要问题是它必须是可实现的和可复制的这意味着L和C的值不能是过低,从而阻止寄生效应。例如:Lo=2270nH ~2μH
一般来说,在具体条件下,为了实现这个滤波器,我们在安装中使用了差分拓扑,如图所示,通过在物理上使用上述电感值将上述电感L分成两个电感(我们将会有L0=2L的电感),将电容C分成两个串联的电容(串联的总体电容是C0/2),然而并不改变以前的匹配计算结果。
需要注意的是电感应该经得起估计的均方误差的电流值直的通过(例如:最大的磁场强度时电流为60~80mA_rms)。
2. 滤波器的调谐频率
滤波器的带宽需要能够满足,它可以允许PCD传输的信号的最高频率通过,从而在最大程度上去除谐波。我们可以选择调谐低通滤波器,使其至少能够通过载频的基本频率(位于13.56MHz的方波信号),增加基本频率的子载频的最高值--即上边带(叠加在载频上最大吞吐量为848kbit/s的方波信号),最小频率为14.608MHz。这个值一般会提升到15.5~17MHz。
示例:二阶滤波器的截断频率为
。在这个部分:
NXP 要求:
f=13.56MHz;Lo=1μ;Co=136pF;
f=15.5MHz; Lo=560nH; Co=180pF;
内部安全要求:f=14.4MHz;Lo=220nH;Co=560pF。
阻抗匹配而言,一样的并不一定是对的。因此,在上述安装过程中,滤波器的输出阻抗等式Z_out_filte(滤波器的输出阻抗,两个部分(R+L)位于串联电路中)是一个像(a+jb)的变量。另外,(a+jb)的b部分不能值为0,因为滤波器并不与载波调谐。设定R=Rmatch/2;
求得阻抗为：
确定好经过滤波器的阻抗之后，为了达到功率最大化传输，需要天线负载端与其共轭匹配；
3.将最大功率传输到负载Rp的条件
介绍另一个重要方面。在滤波器Lo,Co可以承受范围内,我们定义了阻抗Rp作为等效电阻负载,它与电容Co并联,如图所示。（等效关系推导参见并联谐振与串联谐振文章中介绍的方法）
关于在13.56MHz下的集成电路(发生器)的输出阻抗R_ic_out,为了将最大功率传输给新的阻抗R,整个4.与C 串联然后与R并联的电路的阻抗Z_in_filter=a+jb如下:
首先,为了让负载R,得到最大的功率,输入阻抗Z_in_filter必须为实数,因为它表现的就像一个纯电阻,它的虚部必须为0。这意味着滤波器L,,C必须在操作频率上调谐(意味着滤波器适用于系统,但是并不是总是),
所以:
换算求得：
接收天线的选择和其阈值H_threshold
1.由发起者天线产生的场强H的估计
我们给出了由发起者产生的磁场强度H(a,r)合理化的理论等式(Biot-Savart定律):
式中d是发起者与标签天线的距离;
r是发起者天线的半径; d=(a x r)。
鉴于这个等式,让我们看看如何满足给定接收者的应用条件。
2.特定接收者的应用例子
假设PICC场强H_worst_case的阈值H_thres=1A/m，发起者天线为19cm×19cm的正方形,等价于半径r=10.72cm。对于接收者,工作距离d=30mm;
"a" = d/r = 30/107.2 a = 0.28。
为满足3cm内能够写入,在PCD线圈的中心,我们需要让磁场强度至少满足H_0=1.25A/m。