NFC天线匹配调试简介1

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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





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





;


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





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





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





Level 2


(类似于


Paywave







EMVCo




www.emvco.com




EMV Contactless Level 1







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


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