一、NFC简介

  NFC是Near Field Communication的缩写，即距离无线通信技术，又称为近场通信，是一种新兴技术，可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来，通过单一芯片集成感应式读卡器。

  NFC技术基本都是采用线圈天线，通过近场耦合传输电磁信号。其有效通讯距离一般不超过10厘米，其传输速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三种。

  NFC电路的设计一般先根据板材大小限制绘制天线，再根据天线参数计算电路参数，接着进行调试时对天线参数和电路参数进行微调，这个过程需要一定的时间。

  

  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

  NFC电路除NFC芯片及必要外围电路外，一般由以下三部分构成：

  “EMC Filter”：低通滤波，用以滤除晶振高次谐波。

  “Mathing”：匹配工作频率和输入阻抗。

  “Antenna Coil”：线圈的等效电路，可用于仿真。

  

  其中：

  “L0”：滤波电感。取值范围一般为：330nH-560nH。

  “C0”：滤波电容。根据电路综合参数进行调整。

  “C1”：隔直通交。该电容大小对单调性和过冲有影响，同时对线圈匹配参数有影响。

  “C2”：滤波电容。根据电路综合参数进行调整。

  “RS”：场强限制电阻，一般为0R。

  “C3”：线圈等效电容。

  “RANT”：线圈等效电阻。

  “NFC”：线圈等效电感。

  “R1”：信号反馈电阻，取值一般偏大（10K左右），虽然会影响信号质量，但结合软件调节灵敏度，能有效改善小信号质量。

  

  元器件选型：

  电感：选择高Q值的绕线电感（Q>25），精度选择±5%、±2%及更好，封装选用0805及以上。焊接时建议最后用烙铁补焊，因为线绕电感对热敏感，使用SMT可能会造成其性能发生不可逆的变化。

  电阻：精度选择±1%及更好，封装选用0402及以上。

  电容：精度选择±5%及更好，封装选用0402及以上。

  

  电路设计：

  为方便调试，建议对应元器件预留一个NC位。

  PCB采用对称布局，圆弧走线，走线宽度大于8mil（建议10~20mil）；

二、工具

  为了方便NFC电路的绘制，便捷的计算帮手少不了。NXP自研的在线辅助工具 NFC Antenna Tool 是我的首选。

  

三、使用方法

1、NFC Antenna Tool 主页

  进入NFC Antenna Tool，第一个界面是NFC线圈场景的选型。

  其中：

  “Dielectric to use”：选择线圈所在的载体。其选项有：“FR4 CL4”（玻纤PCB板载线圈）、“Flex Cl6”（柔性PCB板载线圈）、“Air Coll”（处于空中的绝缘铜线线圈）。此选项不选择时无法进入下一步。

  “Choose reader/tag”：选择线圈所在的电路类型。其选项有：“Reader”（读写卡场景）、“Tag”（被读写场景）。此选项不选择时默认“Reader”。

  “Choose tag”和“Choose reader”只能选择一个进行设置，在选择“Choose reader/tag”后，对应的栏目就会进入可选状态。其功能是选择部分对应功能的的NXP系列芯片或产品，用以更好校准后面操作的参数。此选项不选择时默认以理想值进行计算。

  这里根据应用场景不同选择对应的选项，点击“SELECT”即可进入下一步。

  

2、Reader

A、FR4 CL4 和 FLEX CL6

  前者为板载PCB线圈，后者为柔性PCB线圈（常见于手机等小型高组装密度电子产品）。

  两者操作界面相同，以 “FR4 CL4” 为例

a、主界面选择

  选择本类选项后，将会进入配置界面。

  

b、参数配置

  界面的上半部分是线圈参数配置，界面如下图。

  单位换算：1mil=25.4um，100mil=2.54mm，1OZ=35um

  

  其中左侧：

  “Length (amax)”：矩形线圈的长边长度，单位毫米。

  “Width (bmax)”：矩形线圈的短边长度，单位毫米。

  PS：天线越大，读卡距离越远，当天线面积达到45mm x 75mm以后，再增大天线，读卡距离没有明显提升。

  “Track width (w)”：矩形线圈的走线线宽，单位微米。天线线宽建议选择200um - 500um。

  “Gap between tracks (g)”：矩形线圈线与线之间的距离，单位微米。

  “Additional Overlap Area (A)”：矩形线圈重叠区域的面积，单位平方毫米。

  “Track Thickness”：矩形线圈的厚度，单位微米。

  “Number of Turns (N)”：矩形线圈的圈数，单位匝。天线大于5cm x 5cm不能多于3匝，小于3cm x 3cm不能小于4匝，不然线圈过大芯片吃不消，线圈过小芯片读写距离不理想。

  “Turn exponent (E)”：线圈拐角指数。

  “PCB Thickness”：矩形线圈下（FR4 CL4）板材的厚度，单位毫米。

  “Er”：（FR4 CL4）板材的介电常数。

  

  右侧：

  “Inductance (Lant)”：矩形线圈的等效电感，单位nH。

  “Lant min”：矩形线圈的等效电感最小值，单位nH。

  “Lant max”：矩形线圈的等效电感最大值，单位nH。

  “Capacitance (Cant)”：矩形线圈的等效电容，单位pF。

  “Resistance (Rant)”：矩形线圈的等效电阻，单位Ω。

  “Self resonance (Fres)”：矩形线圈的自谐振频率，单位MHz。

  

  下半部分是NFC电路参数配置，界面如下图。

  其中上侧：

  “Q”：Q因子，取决于整体系统要求和框架条件。一般取值：10、15、20、25、30。

Q	意义
10	NFC阅读器设计的匹配计算的起始值，支持更高的比特率（212、424、848 kbiVs）。
15	NFC读取器设计的匹配计算的起始值，支持更高的比特率（212、424 kbiVs）。
20	典型NFC读取器设计的匹配计算的起始值。
25	典型NFC读取器设计的匹配计算的起始值，限制为106 kbiVs。
30	MIFARE（经典）通信的标称值。

  “Target impedance”：目标阻抗，不同应用对应的目标阻抗不同。一般取值：50~80ohm。

  “fEMC cut off”：截止频点。一般取值：5MHz~22MHz。

  “L0”：电感 L0 值。一般取值：330nH~560nH。

  

  下侧：

  “Rs”：场强限制电阻。

  “C0”：低通滤波电容。

  “C1”：隔直通交。

  “C2”：天线匹配电容。

c、应用举例

  绘制完电路板，包括线圈和其他电路，电路参数暂空。

  测量线圈数据，填入。

  填写完后点击“ANTENNA SYNTHE SIS”，生成该线圈数据。

  在下方填入初始参数。

  填写完后点击“MATCHING NETWORK”，生成数据。

  根据情况不断调整线圈和参数，达到元器件不特殊的完美匹配状态。

  打样PCB，焊接元器件，再次测试……修改……再打样……再测……

B、Air Coll

  线绕线圈。

a、主界面选择

b、参数配置

  界面的上半部分依旧是线圈参数配置，界面如下图。

  其中左侧有一处特殊：

  “SWG”：线径。

  

  下半部分依旧是NFC电路参数配置，界面如下图。

c、应用举例

  略。

  

3、Tag

  略。

  

四、结尾

  若有出现错误，请联系我进行修改，谢谢！