一、 介绍

本文旨在描述 NCF3321 的 NFC 天线设计的一些相关内容 。NCF3321 的天线设计与大多数其他 NXP NFC 天线设计没有太大不同，不过为了获得最佳性能，需要考虑一些 NCF3321 的特定细节。

NFC 天线本身是射频变压器的一部分，而不仅仅是典型射频天线。因此，一些典型的天线定义并不适用于 NFC 天线。NFC 天线在正常工作期间会改变其阻抗，因此 50Ω 设计根本没有意义。

然而，NFC 阅读器本身是一种射频设备，一方面驱动高达 2W 的功率水平，另一方面接收电路需要检测 mV 范围内的数据信号。这就要求我们精心设计，尤其是布局。

图 1.1   NCF3321 IC

二、 NFC Reader 天线

ISO/IEC 14443 读卡器天线由天线线圈组成，天线线圈与读卡器 IC 相匹配，如图 2.1 所示。

• 读卡器（PCD） 产生磁场，为操作卡（PICC）提供能量
• 将读卡器（PCD）的数据传输到卡（PICC），并将卡（PICC）的数据接收到读卡器（PCD）。

   图 2.1   PCD 与 PICC 的磁耦合

注：    K - 耦合系数        Φ- 磁通

根据 ISO/IEC 14443 的规定，PICC 天线线圈可以分为 6 类，如图 2.2 所示：

图 2.2  ISO/IEC 14443 的 PICC 分类

PCD 天线线圈尺寸没有规定的，对于符合 ISO/IEC 14443 标准的阅读器，所有不同尺寸的天线线圈，从直径 10 到 20cm，都可以找到各种形状。

三、NCF3321 的天线要求

NCF3321 使用 NXP NFC 标准天线电路，需要天线匹配电路。匹配组件的计算和调整以及设置调整需要仔细进行，以便提供完整的性能。

Tx 部分设计，这样的设计允许放置两个并联的电容，更方便调试，如图 3.1 所示。

图 3.1  NCF3321 天线电路的 Tx 部分

3.1 目标阻抗

目标阻抗定义了电流消耗和场强。目标阻抗越低，ITVDD 的驱动电流越高，NCF3321 驱动的输出功率越大。

        ITVDDmax = 350mA 定义了的最小目标阻抗 Z ≈ 13~14 ohm，小于 20ohm 的阻抗通常驱动超过 200mA。通常尽可能选择低的目标阻抗来获得最大的输出功率，而 DPC 2.0 可以控制和限制每次设置的输出功率。

        TVDD= 1.5V~5.7V 时，DPC 2.0 （动态控制功率）控制范围受到限制。这说明，在某些情况下，使用小型天线进行近距离传输时，即使使用最低 TVDD 设置，也会超过允许的最大功率传输（场强）。在这种情况下，目标阻抗需要增大。

如果没有其他输入，则目标阻抗值推荐为  Z ≈ 15.17ohm

3.2  Q factor

Q-factor 定义了传输数据时可用的带宽。Q 值越高，功率传递越好，但稳定性越低。

天线整体设置的 Q 因子取决于许多帧条件，如环境或 PICC 负载，这些条件在操作或测试过程中并不完全知道，甚至会发生变化。

合理的值为 10~30 ，典型的值为 20~25 之间。如果没有其他输入，Q 因子可以取 ：

Q = 22

3.3  EMC 滤波器截止频率

EMC 滤波器的截止频率需要高于 13.56MHz 以传递足够的能量，要明显低于 27.12MHz来阻挡二次谐波。

截止频率定义了天线的“对称性”。对于“非对称”天线调谐（例如用于NCx3320），截止频率通常为：

对于 NCF3321，建议采用“对称”天线设计，它要求较低的截止频率：

3.4  EMC 滤波器的电感

电感 L0 作为 EMC 滤波器的一部分，是天线整体设计中的关键部件。它定义了输出功率，波形和加载行为以及不必要的谐波辐射。

一般来说，L0 的损失必须尽可能的低。请注意，这些损耗是在NFC工作条件（13.56MHz 和所需功率/电流水平）下指定或测量的。

        通常，较低的电感值也提供较低的损耗。NCF3321的电感值可以相当低，在没有其他输入的情况下，推荐值为 ：

L0 = 160nH

建议占用 0805 封装的空间，以便 0805 和 0603 封装都可以使用，为 L0 值的选择提供了灵活性。

四、小结

        本文主要介绍了 NCF3321 天线 Tx 部分的设计，希望给大家带来帮助。如果大家对NCF3321 天线布局部分感兴趣的话可以参考另一篇《NXP NCF3321 天线布局简介》。

【参考文献】

• NCx3321 datasheet, nxp.com
• ISO/IEC 14443 standard, part 1 to 4, iso.org
• AN_SCA 2105 NCx3321 Antenna Design Guide

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作者：Anda Du / 杜红