摘要：时光匆匆，转眼毕业将至。为了纪念美好青春，留下难忘回忆，本文设计了一种支持NFC识别的纪念卡作为毕业礼物。卡体大小与身份证一致，表面印有相关纪念信息。卡片背面包含NT3H1101标签芯片及射频电路，同时安置8枚环形快闪RGB灯珠。当NFC设备靠近卡片天线区域时，RGB灯珠周期循环变色，同时NT3H1101作为 2类Tag 可以在前端执行自动化指令。经过测试，卡片可以很好的兼容Android和iOS系列各类拥有NFC功能的手机，且成本低廉，效果惊艳，具有很好的观赏和纪念意义。

关键词：NFC；纪念卡；NT3H1101；快闪RGB灯珠；自动化指令

1 设计背景

现如今，随着智能设备快速普及，NFC技术也逐渐走进千家万户。NFC技术由非接触式射频识别（RFID）演变而来，通过在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术。

NFC 总是涉及一个发起者和一个目标：发起者主动产生一个射频场，可以通过两个环形天线之间的电磁感应为无源目标（TAG）供电：

发射器和 TAG 的天线通过电磁场耦合，可以看作是一个空芯变压器，其中发射器作为初级绕组，TAG 作为次级绕组。如图1.1，交流电通过初级线圈（发射器）在空气中感应出一个场，在次级线圈（TAG）中感应出电流。TAG 可以使用感生电流为自身供电，从环形天线产生的磁场中汲取所有运行所需的电力，这样无论是读取还是写入，都不需要电池供电。

2 电路设计

2.1 芯片选型

2.1.1 NFC芯片选型

NXP公司的NTAG系列连接型NFC标签就为许多电子设备增加了即触即连的功能。本设计根据应用需要，综合成本因素及板面布局，选用NXP公司NTAG系列 NT3H1101W0FHKH NFC芯片作为卡片交互核心。芯片采用XQFN-8封装，十分小巧。芯片封装如图2.1所示：

NT3H1101芯片与微控制器遵循I2C通信协议，NFC协议为2型通信标准。如图2.2所示，芯片通过PCB上射频天线从接触的有源NFC设备上获取能量，并完成数据交互。交互的数据被写入片上EEPROM用以掉电后的再次读写。另一边，经过芯片转换，NFC获得的能量被供给到外部设备，同时芯片通过I2C与板载外部设备（微控制器）通信。可以看出，NTAG芯片在过程中起到了触碰信息转移和触碰能量传递的中间介质。

在本设计中，由于卡片无需实现外部控制，所以信息的传递主要仅存在于NTAG芯片和触碰设备间，而NTAG芯片获得的能量则传送给LED灯，用以灯珠的点亮显示。

2.1.2 灯珠选型

作为物理显示的核心，LED灯珠选型直接影响到卡片的物理显示效果。在本次设计中，经过前期考察，共有三项备选方案：

单色LED（单色焊接/混色焊接，0603封装）
RGB慢闪LED（内置振荡，周期 13 s，0807封装）
RGB快闪LED（内置振荡，周期 2.75 s，0807封装）

为了验证三种方案的显示效果，分别在三块同样设计的DEMO纪念卡（阻焊色不同）上焊接了不同类型的LED，进行对比：

经过对比，在相同外围电路下，闪烁LED和单色LED两者显示强度肉眼不存在差异，占用空间差别不大，显示效果闪烁LED更具美观性。再经过权衡，综合考虑显示周期和使用成本，最终选定使用方案三，也就是快闪LED灯珠作为本次纪念卡的物理显示载体。

2.2 电路设计

本次纪念卡的电路设计主要分为两部分，分别是射频天线部分和芯片+LED灯部分。

2.2.1 射频天线设计

射频天线部分直接使用PCB天线，绘制天线的前提是要根据谐振频率计算天线的电感值。串联 RLC 电路的谐振频率由以下公式给出：

f 是谐振频率 (Hz)
L是电路的等效电感（H）
C是电路的等效电容（F）

方程中 f 和 C 都是已知常量，计算 L 就十分简单了，先对公式进行变换：

已知 NFC 工作频率为 13.56 MHz 且 NT3H1101 调谐电容器为 50 pF，将两值代入公式：

计算得到电感 L = 2.75 μH。

获得等效电感后，需要设计出合适的天线走线，使得等效电感与前述计算值一致。为了适应卡片外观，本设计天线选用方形天线，查阅NXP官方手册，可以得到相应计算公式：

图2.6 NXP官方文档 NTAG Antenna Design Guide 中方形天线计算公式

虽然依照上述公式可以很便捷的设计出板载天线，但在本次设计中，综合考虑到设计效率以及卡片空间，直接选用了文档推荐里的“4型”天线设计方案：

图2.7 NXP官方文档 NTAG Antenna Design Guide 中“4型”天线设计参数

该设计使用的天线参数如下：

外部矩形：50 x 27mm
内部矩形：35 x 13mm，以外部矩形为中心，圆角半径为 3mm

设计实际天线效果如图所示：

图2.8 NXP官方文档 NTAG Antenna Design Guide 中“4型”天线设计PCB图

2.2.2 NTAG芯片及外围电路设计

NT3H1101芯片的引脚定义如图2.9所示，其中LA、LB为天线接口，FD为检测输出，VCC为芯片电源（支持外部输入），VOUT为芯片能量转换输出。

由于本设计无需芯片的I2C通信功能及触发功能，且无外部供电。所以我们芯片的VOUT和VCC相连，同时作为母线向外部环状LED供能。设计如图2.10所示。

查询NT3H1101技术手册，该芯片最高输出功率约120~160mW左右（图2.11）。考虑保证一定灵敏度的接触识别，选用8枚闪烁LED，限流电阻1K。在保证LED亮度的情况下增加了显示灵敏度：

图2.12 NXP官方文档 NTAG Antenna Design Guide 中“4型”天线设计PCB图

3 外观设计

板子正面设计为车票样式，冷白色丝印。

板子背面设计如图。

本文参考资料：

https://zh.wikipedia.ahmu.cf/wiki/%E8%BF%91%E5%A0%B4%E9%80%9A%E8%A8%8A

https://www.72byte.com/special/201606208729

https://oshwhub.com/scarrr0725/ji-yu-nfcde-ming-pian-ji-ji-yu-a

https://www.instructables.com/PCB-Business-Card-With-NFC/

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