NFC天线匹配调试简介1

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。

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