為MAX66300設計天線

本應用筆記旨在提供有關如何實現(xiàn)MAX66300 NFC/RFID讀卡器和認證器IC所需的天線設計的更多信息。

MAX66300模擬前端說明

MAX66300模擬前端（AFE）集成了符合所有13.56MHz空中接口標準的發(fā)送和接收鏈。

實際上，MAX66300內(nèi)部配置字寄存器（可選位）允許設置以下參數(shù)：

上行鏈路通信（讀取器到標簽）：

調(diào)制指數(shù)：100% 或 7% 至 30%

數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)編碼，幀

下行鏈路通信（標簽到閱讀器）：

子載波：424kHz至484kHz（ISO 15693）。用戶可以調(diào)整讀卡器芯片內(nèi)部濾波器以獲得最大性能。

數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)編碼、幀。

MAX66300支持讀卡器芯片提供的不同配置：

ISO 15693 標準

MAX66300模擬前端（內(nèi)部結構）

如圖1所示，AFE的讀卡器發(fā)射器由以下部分組成：

天線驅動器（推挽式結構）

調(diào)制器

振蕩器由外部晶體或通過 OSCIN 輸入驅動（可選位 26）

使用選項位 6 和 7，AFE 可以支持三種不同的拓撲連接到天線，例如：

直接天線連接

雙并行輸出驅動器

RFIN 解調(diào)輸入

圖1.模擬前端的讀卡器發(fā)射器。

直接天線連接

在圖2的配置中，天線通過諧振電容直接連接到讀卡器輸出。

圖2.模擬前端的直接天線連接。

對于天線調(diào)諧，建議遵循以下示例：

使用13.56MHz的RLC表測量天線參數(shù)。

天線電感：1.2μH

品質(zhì)因數(shù)：20

歐姆天線電阻可以通過應用以下公式得到：

RANT = 5.11Ω

諧振電容值（CRES）計算如下：

f0 = 13.56MHz

L = 1.2μH

CRES = 115pF

計算與天線串聯(lián)電阻如下：

RAD = 10Ω

RANT = 7Ω

VDD = 5V

VSS = 0V

IANT （peak） = 141mA

RSER = 20Ω

該電阻用于限制讀卡器輸出級驅動器的電流。

計算諧振電容兩端的電壓以確定電容分壓器，如下所示：

VANT = 20V

為了滿足RFIN輸入的最大規(guī)格，天線電壓必須除以近4倍。

最后，使用此處給出的Cres公式計算圖2的電容值：

Cres = 115pF（先前在步驟 2 中計算）

直流電容分壓器等于 4

C1 = 100pF

CDV1 = 15pF

CDV2 = 68pF

雙并行輸出驅動器

在遠程天線配置的情況下，如圖3所示，使用匹配阻抗電路使同軸電纜負載適應讀卡器輸出阻抗。如圖 4 所示，史密斯控制圖用于確定匹配網(wǎng)絡的分量值。

圖3.模擬前端的雙并行輸出驅動器。

舉個例子：

所需天線阻抗：50Ω

ANT1 和 ANT2 輸出阻抗：3.5Ω（同相驅動）

圖4.史密斯圖。

為了適應從3.5Ω輸出驅動器電阻到50Ω天線阻抗負載，使用六個步驟，如以下示例所示：

步驟1使用MAX5對應的驅動器輸出阻抗33600Ω。

步驟2通過添加兩個680nF的串行電容來獲得阻抗。

步驟3根據(jù)串行電感L1至Z = 3.5 + 6.9j的影響調(diào)整阻抗結果。

步驟4：由C3、C4和C5組成的并聯(lián)電容網(wǎng)絡具有1.224nF的全局電容，在本例中產(chǎn)生的阻抗為14.6 – 1.1jΩ。

步驟5：第二個串行電感L2是匹配網(wǎng)絡的一部分。因此，新的阻抗值變?yōu)椋?/p>

步驟6：由C6、C7和C8組成的并聯(lián)電容網(wǎng)絡具有365pF的全局電容，其輸出阻抗設置為最終期望的50Ω。

接待鏈

模擬前端的接收鏈可通過使用選項位13至8進行配置。接收鏈框圖如圖5所示。

圖5.接待鏈。

RFIN 解調(diào)輸入

RFIN1 和 RFIN2 輸入具有相同的內(nèi)部結構和相同的靈敏度。它們連接到開關，其中狀態(tài)由選項位 14 定義：

如果不使用一個輸入，則必須通過一個10nF電容將其連接到模擬地。

解調(diào)器

異步檢波器移除13.56MHz載波，并將幅度調(diào)制傳輸?shù)浇邮真湹钠溆嗖糠帧?/p>

過濾 器

低通和高通濾波器構成接收鏈濾波?？梢酝ㄟ^芯片選項位（位 8、9 和 10）設置其轉折頻率。此設置取決于標簽使用的子載波。

例如：

副載波：424kHz

低通濾波器選擇：1MHz

高通濾波器零點：200kHz

放大器 - AGC

通過選件位15，用戶可以啟用或禁用AGC功能。AGC 開/關選擇主要取決于最終應用。放大器增益可降低至40dB。在嘈雜的環(huán)境中，降低增益值以保持相同的讀取性能可能是有用的。

為了獲得最大的性能，建議按如下方式使用 AGC 放大器：

比較儀

最后級比較器在系統(tǒng)輸出端提供標簽調(diào)制。內(nèi)部處理機器使用該數(shù)字信號來讀取標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。

總結

本應用筆記提供了MAX66300天線設計的方程式和基本設計理念。

審核編輯：郭婷