NFC是近年来又火起来的一项技术,运用于智能家居,支付领域等前沿科技;对天线调试和兼容性也提出的更高的要求;本文主要从支付领域,讲如下三个章节,使得初学者快速入门:
第一章
NFC
概念与应用
第二章
NFC
的调试与设计细节(
PN5180
)
第三章
BCTC
的一些
NFC
认证介绍
第一章节 NFC概念与应用
NFC
因为成本低、使用方便、安全性高等特点,被生活场景广泛采用:
1
、最早应用的传统行业:
校园一卡通、门禁系统、停车场系统、公交卡等,这些领域的设备终端多为一个读卡器设备,而且制作的卡片协议一般也都不统一;
2
、金融安全应用领域:
a
、安检身份证识别、火车票补票查验和出票
PDA
;这一应用比较特殊
(
捷宝
)
。
b
、银行卡、手机支付、
POS
机等,银行卡交易消费的标准主要由银联和三大发卡组织制定,交易协议相对统一,只要获取权限,就可以进行设备的开发。
NFC
芯片主流的基本就是
NXP
和
AMS
两家,支付终端主要使用以下几种:
NXP
:早期的
PN512
、
RC522
、常青树
RC663
、现在我们用的
PN5180
等
;
AMS
:
AS3911
RC663
:百富、联迪、九思泰达、新大陆
…
AS3911
:新国都,艾体威尔、赢联、华智融、大部分做读卡器的厂商
…
第二章节 NFC的调试与设计细节(PN5180)
NFC
是一种具有点对点通信功能的近距离无线通信技术。
NFC
是由
RFID
演变来的一种特殊的近距离通信技术,二者有联系也有区别。
NFC
主要具有通信距离近、功耗小等特点:
1
、
NFC
的通信距离一般小于
10cm
,所以既能满足近场通信的要求,又能保证一定的安全性;
2
、
NFC
的工作频段为
13.56MHz
,每个芯片厂商的
IC
都满足,所以使用到
NFC
的场景都要满足这个基本特性;
NFC
就是基于这个频段的无线电磁耦合进行信息传递的;
3
、
NFC
的传输速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种,这对于一般的数据传输来说已经非常快了;
4
、
NFC
的数据建立时间非常短,达到毫秒级别;使用的方便程度不亚于扫码支付,而且安全性要比扫码支付高,国家政策上也更支持。
上图中主要标识出几个调试部分:
1
、
EMC
部分,这部分需要根据芯片特性合理选择绕线电感(一般要求高
Q
值电感);并调整好电感和电容的匹配值,达到
14.5MHz—-15.5MHz
左右,建议计算好电容值以后,大电容和小电容组合使用,这样滤波效果好;我们项目用的电感多为
390nH\470nH,
所以根据
NXP
的要求,需要合理调整天线的电感值必须
小于
2
倍
的绕线电感值。
2
、
ANTENNA
部分,主要是用来调试天线的匹配,使得天线的耦合频率在
13.56MHz
附近,这样在读卡时能达到最大的互感耦合。
3
、信号反馈电阻,这个电阻一般阻值要大一点,虽然对信号的强度会减弱一点,但是结合软件调整灵敏度,能有效改善小信号质量。
4
、串联电容,这里的电容大小对单调性和过冲有影响,同时也对天线匹配参数有影响,所以这个电容要和天线匹配参数一起来调试,这也就是为什么调整好的参数需要来回修改,达到一个平衡。
5
、场强限制电阻,一般为
0R
,很少使用。
PN5180
在实际调试中需要注意一些问题:
1
、
L
0
>
½L
antenna
,
其中,天线的电感值可以由天线厂前期提供,因为我们使用的多是
390nH
和
470nH
的电感,所以天线的电感值也要相应注意,尽量不要超过
700nH
2
、
EMC
的匹配频率
F
EMC
,
NXP
官方建议是在
14.3MHz—-14.7MHz
之间
,这个可以按照官方要求调试,但是实际使用过程中针对不同项目需要灵活调试,因为现在除了银行卡,其它非接卡还都不规范,有些交通卡,异形卡的频率做的偏差比较多,有时将匹配频率调整到
15MHz—-16MHz
也是正常的。
3
、实际进行认证测试过程中,标准的
PICC
板和银行卡都属于无源轻负载,对天线的阻抗影响不大,但是测试手机模拟卡设备时,对阻抗的影响比较大,严重时会烧芯片;可以尝试将天线匹配调的有一些偏差量,使得天线和卡片的耦合不是太强同时又能满足读卡需求,这个需要结合实际项目具体分析。
电子料使用注意事项:
1
、绕线电感:必须用高
Q
值电感(
Q
值大于
25
),精度在±
2%\
±
5%
,封装
0805
2
、电阻:±
1%
精度及以上,封装
0402
3
、电容:±
5%
精度及以上,封装
0402
电子料焊接原则:
1
、电容、电阻料可以使用热风枪焊接,但是加热时间不宜过长,如果一个匹配电路连续加热多次,参数还调整不好,就需要考虑电容的值因为受热发生了不可逆变化。
2
、绕线电感,必须用烙铁焊接,同时注意,在替换电容、电阻参数需要使用热风枪前,必须先用烙铁将电感拆下来,防止因为受热对绕线电感特性的影响。
硬件设计注意事项:
1
、
EMC
匹配电容、串联电容、天线匹配电容尽量留足不少于两组位号,方便调试;而且使用
0402
封装,这样在现场调试更方便。
2
、
PCB
布局上,尽量保证两路
T
X
对称布局
,走线遇到拐弯的地方也最好
平滑走线
,走线宽度在
8mil
以上。
3
、设计时,要综合考虑结构拆装的方便性,这可以为后期调试带来很大便利。
4
、天线的绕制,需要考虑好面积、空间的干净程度(一般要求下方有超过
1cm
的空间);远离电池、金属块等强干扰源等。
天线制作原则:
1
、天线绕线要求对称,天线有效面积建议
60cm*60cm,
尽量为规则矩形,使用材料电导率要好。
第三章节 BCTC的一些NFC认证介绍
银联包括三大发卡行组织,对支付终端进行了一系列的认证规范要求:
中国银联:
www.bctest.com
QPBOC Level 1
和
Level 2
(类似于
Paywave
)
;
EMVCo
:
www.emvco.com
EMV Contactless Level 1
和
Level 2
(
Paywave
、
Paypass
…
)
;
EMV Contactless Level 1
:
这里分为电气和协议两个部分:
电气:主要就是调整硬件参数,使得用测试设备测得的各种电气参数符合认证规范的要求。
其中基本的几个案例为:场强、复位时间、
A
卡单调性、
B
卡单调性;这几个案例是过其它案例的基础,必须优先调整好。
细节案例:
A
卡正向大信号、
A
卡正向小信号、
A
卡反向大信号、
A
卡反向小信号、
B
卡正向大信号、
B
卡正向小信号、
B
卡反向大信号、
B
卡反向小信号以及
0cm
中心点关于设备标定案例和
2cm
处对其它信号的一些测试案例。
协议:这里主要是验证交易逻辑和时序上的一些案例问题,电气部分参数的好坏也会影响协议部分测试是否流畅。
电气测试案例图示:
电气测试案例说明:
1
、测试时以给定的非接标识中心,由
0cm
、
1cm
、
2cm
、
3cm
、
4cm
五个高度面,结合每个高度面有中心点,
0
°相位偏移,
90
°相位偏移,
180
°相位偏移,
270
°相位偏移;按照上图中示例要求,测试出各测试点位是否能达到测试设备要求。
“
非接标
”
喷印一定要符合规范要求
:
1,如下图中白色区域,
“
非接标
”
在白色矩形区域内,矩形的上下宽度(W)不小于13mm,左右长度(L)不小于22mm,而且尽量保证 W/L 的比率为0.59 ± 0.05。而且保证
“
非接标
”
的周围有
X≥
0.25W宽度的完整平面。绘制过程中尤其要注意细节,包括但不限于线宽,手型,手指的细节部分(比如手指弯曲)。
2
、喷绘
“
非接标
”
务必核对好
三个中心
(
“
非接标
”
的中心、NFC天线的中心、NFC天线在整机上固定的位置的中心)。
“
非接标
”
中心:第四个弧线的内切点。
NFC天线的中心、NFC天线在整机上固定的位置
的中心:需要在喷绘前与结构同事核对CAD图。
3
、智能POS的天线不能放在整机后面,规范要
求的是正面。有
LCD
屏的设备,要求测试过程中
屏必须长亮。
欢迎继续交流
Best Wishes!