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NFC天线匹配调试简介1

2021-04-23 18:00:55  阅读:1196  来源: 互联网

标签:电感 电容 天线 简介 测试 NFC 调试


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、L0 >½Lantenna,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FEMC,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TX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!

 

标签:电感,电容,天线,简介,测试,NFC,调试
来源: https://blog.csdn.net/CASE2LLD/article/details/116064291

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