了解关于RFID天线调试、低功耗检卡调试

rfid 作为一项专业度较高的技术,在一些公司,可能还会专门招聘专业的 rfid 工程师。本篇阐述的涉及到的只是基本选型设计、电路框架,关于 rfid 天线调试、低功耗检卡调试等。
nfc(near field communication)芯片选型:
主要考量点:
芯片支持的协议、是否支持低功耗检卡、是否能过金融认证、芯片价格
芯片支持协议:
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:身份证、 sr176、 sri512 等。
iso15693:nxp 的 icode 系列、 ti 的 tag_it hf-i、 st lri 等。
iso18092:包括读卡模式、卡模式、点对点通信模式。
iso21481:在 iso18092 基础上兼容 iso15693 协议。
lpcd 功能:芯片低功耗检测卡片功能。没有卡片靠近时,芯片处于低功耗状态, 仅需 10ua 电流,就能完成卡片侦测, 当卡片靠近时,芯片侦测到卡片,唤醒单片机读卡。
金融认证:pboc2.0/3.0 标准、 emv 标准
电路架构:
nfc 芯片外部电路通常由以下几个部分组成:供电电路、通信接口电路、天线电路、振荡电路;
供电电路:主要包括模拟电源 avdd、数字电源 dvdd、发射器电源 tvdd、引脚电源 pvdd、测试引脚电源 pvdd2;
a. 如果需要提高发射功率可提高 tvdd 的电压,例如 5v 供电的 tvdd 形成的发射功率会比 3v 的要强;
b. 芯片的供电电流通常在几十到几百 ma,主要的能量消耗在发射器的电路上。例如 fm175xx 的天线发射电流在 100ma,rc663 则可以达 250ma,因此选择供电芯片、电感器件时,需要注意留足余量;
c. 读卡芯片天线 13.56mhz 的正弦波信号会干扰电源,为减少传导干扰,可以在电源端加π型滤波器,但为减少电路设计冗余度,一般情况下不添加。
通信接口:
通常都支持 spi/i2c/uart,一般通过外部引脚配置选择,为方便升级,可做兼容设计;
天线设计:
天线电路主要由 4 部分组成:emc 滤波、匹配电路、天线、接收电路。以 fm17550 为例,如下:
滤波电路:
由 l1、c1 组成的低通滤波器用于滤除 13.56mhz 的衍生谐波,该滤波器截止频率应设计在 14mhz 以上。l1 电感不可靠近摆放,以免互相干扰(互感效应)。滤波电路元件匹配公式:f=1/(2π√lc)
匹配电路:
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阻抗影响,当芯片内阻和外阻抗一致时,发射功率效率最高。c2 是负载电容,天线感量越大,c2 取值越小。c3 是谐振电容,取值和天线电感量直接相关,使得谐振频率在 13.56mhz。
接收电路:
c4 滤除直流信号,r2 和 r3 组成分压电路,使得 rx 接收端正弦波信号幅度在 1.5-3v 之间。
天线:
由 r1 电阻(通常是 1ohm 或 0ohm)和印制 pcb 组成。
天线越大,读卡距离越远,当天线面积达到 5cm x 5cm 以后,再增大天线,读卡距离没有明显提升。
天线线宽建议选择 0.5mm - 1mm。天线大于 5cm x 5cm 不能多于 3 圈,小于 3cm x 3cm 不能小于 4 圈
为减小 emc 辐射干扰,需要将 pcb 走线转角处画成圆弧。
天线区域内和天线边缘禁止将信号、电源、地线画成圈或者半圆,天线圈内不可有大面积金属物体、金属镀膜,避免引起磁场涡流效应造成能力严重损耗。
天线 pcb 绕线方式是相对的,不是同向。
天线电路设计元件的精度应控制在 2%以内,否则容易导致天线谐振频点偏差,导致读卡性能严重下降,产品一致性难以保证
天线大小和读卡距离关系

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