RC531讀寫器50歐姆匹配電路和天線設(shè)計資料

1、 1系統(tǒng)配置基于RC531的讀寫器系統(tǒng)配置如圖所示。對于連接到讀寫芯片的天線，可以有2種不同的天線供選擇，取決于應(yīng)用需求：z50Q匹配天線或z直接匹配天線通常，兩種天線的電路是類似的，都包括以下部分：z接收卡發(fā)送的數(shù)據(jù)的接收電路。z濾波和阻抗傳輸電路，用于濾除高次諧波和優(yōu)化功率傳輸?shù)阶x卡天線。z天線線圈的匹配電路，需要根據(jù)實際需要設(shè)計不同的天線線圈，以及選擇直接或同軸電纜連接到讀寫芯片。圖1系統(tǒng)配置2ISO14443A/B的射頻接口ISO14443TypeA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定讀寫器到卡的信號是100%ASK,Miller編碼，卡到讀寫器的信號使用子載波OOK調(diào)制，曼徹斯特編碼，子載波頻率847.5kHz

2、。ISO14443TypeB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定讀寫器到卡的信號是10%ASK，NRZ編碼，卡到讀寫器的信號使用子載波BPSK調(diào)制，NRZ-L編碼，子載波頻率847.5kHz。TypeA/B的射頻接口如下表：能量傳輸卡被動式工作頻率13.56MHz通信方式半雙工，讀寫器主動數(shù)據(jù)傳輸率105.9KHz數(shù)據(jù)傳輸雙向2.1讀寫器到卡的數(shù)據(jù)傳輸讀寫器到卡的數(shù)據(jù)傳輸使用半雙工的通信模式，讀寫器主動方式。天線的Q值將會影響數(shù)據(jù)傳輸，關(guān)于天線Q值的理論計算及匹配電路元件參數(shù)的計算稍后介紹。2.2卡到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)從卡傳輸?shù)阶x寫器使用負(fù)載調(diào)制的原理。由于天線調(diào)諧后天線上的電壓常常幾倍于電源電壓，而讀寫器天線和卡天線

3、屬于弱耦合結(jié)構(gòu)，卡產(chǎn)生的信號也非常小，要想檢測到這么小的信號，需要一個設(shè)計良好的接收電路，因此，卡發(fā)出的信號使用子載波調(diào)制的技術(shù)子載波負(fù)載調(diào)制使得信號更容易被接收到。子載波頻率是847.5KHZ。子載波調(diào)制后_/、八 847.5KHZ-847.5KHZ載波調(diào)制后12.71MHZ14.41MH13.56MHZ圖2卡到讀寫器數(shù)據(jù)的頻譜3RC531匹配電路和天線設(shè)計3.1基本設(shè)計原則RC531是一個單片的讀寫器IC,設(shè)計的讀寫距離可以達到10cm，不需要外加的功率放大器。有兩種不同的天線和匹配電路可以選擇，依賴于具體的應(yīng)用。如果電纜的長度大于30mm，則要選擇50Q匹配天線，如果電纜長度小于30mm

4、，則選擇直接匹配天線。直接匹配天線：能夠用來構(gòu)造一個緊湊的讀寫器系統(tǒng)，如安裝在一個小盒子里的讀寫器或手持式讀寫器50Q匹配天線：能夠很容易的解決讀寫器和天線之間長距離傳輸?shù)膯栴}，使用同軸電纜連接。在讀寫器匹配電路和天線之間用同軸電纜連接，電纜長度可以達到10米。3.2天線尺寸的估算讀寫器可以達到的讀寫距離依賴于下面幾個因素：z讀寫器天線的尺寸；z天線的匹配電路的性能；z周圍環(huán)境的影響。卡的能量由讀寫器提供，卡要達到一個可工作的能量依賴于讀寫器天線和卡的距離。能量的傳輸基于變壓器的原理，描述變壓器的一個重要的參數(shù)是耦合系數(shù)，這取決于讀寫器天線和卡天線的距離，以及天線的大小。天線半徑R(m)圖3天

5、線半徑和讀寫距離的關(guān)系450Q匹配天線4.1EMC電住各讀寫器的操作頻率是13.56MHz,這個頻率由方波振蕩器產(chǎn)生，包含有很多高次諧波。為了達到合格的EMC標(biāo)準(zhǔn)，高次諧波必須被濾除。除了設(shè)計多層線路板改善EMC外，還必須使用低通濾波器。如圖所示，低通濾波電路由L0和CO組成。元件參數(shù)值備注LO1.OuH1O%TDKACL3225S-TCO47pF2%NPO材料R182OQ5%R22.7k5%C315pF2%NPO材料C41OOnF2%NPO材料C182pF2%NPO材料C2a69pF2%NPO材料C2bO-3OpFT11:1變壓器Coilcraft1812WBT-3圖450Q匹配電路4.2接

6、收電路RC531使用內(nèi)部的VMID信號作為接收電路的偏置，為了消除干擾，VMID到地還要4 連接一個電容，讀寫器接收部分還需要在RX腳和VMID腳之間連接分壓電阻，在讀寫天線和分壓電路之間還要串聯(lián)一個電容。接收電路由Rl、R2、C3、C4組成。4.3讀寫器50Q匹配電路為了把RC531連接到50Q同軸電纜，必須設(shè)計一個阻抗傳輸電路。阻抗傳輸電路由以下部分組成：ZEMC濾波電路；ZRC531的低阻輸出到50Q的阻抗傳輸；zRC531的平衡輸出腳TX1、TX2，要進行平衡到不平衡轉(zhuǎn)換才能連接到同軸電纜。設(shè)計滿足這種需求的電路需要平衡變壓器或者不平衡變壓器，如圖所示使用的是不平衡變壓器。L0和C0組

7、成EMC濾波電路，L0、C0、C1組成一個T型濾波電路，T1必須是1：1變壓器，并且匹配到50Q。4.4天線50Q匹配電路設(shè)計一個天線匹配到50Q必須滿足以下要求，首先確定線圈的形狀和電感，其次設(shè)計一個阻抗傳輸電路，實現(xiàn)低阻的天線到50Q同軸電纜的阻抗傳輸。另外還需要一個13.56MHz諧振電路來在天線上產(chǎn)生高電壓。1、天線的等效電路天線線圈能夠看作如下的等效電路，天線線圈具有電感Lant，線圈還具有串聯(lián)電阻Rant，線圈之間還有分布電容Canto建議使用阻抗分析儀測量天線的等效電路。這些數(shù)據(jù)能夠為計算天線的品質(zhì)因素（Q值）及天線調(diào)諧提供依據(jù)。RantCant典型值，Lant=3001500n

8、HCant=1040pFRant=0.31.2Ohm圖5天線等效電路2、品質(zhì)因素下面的計算假設(shè)天線的電感Lant和電阻Rant是已知的。要正確地調(diào)諧天線和達到最佳性能，天線的品質(zhì)因素（Q值）是一個重要的參數(shù)。天線的品質(zhì)因素按入下公式計算：Q=3*Lant/Rant,3=2nf天線的Q值通常在50100之間，在下面還會看到，這個值必須減少。由于TypeA的讀寫器到卡的信號脈沖寬度是3us。帶寬B的定義如下：B=f/Q時間帶寬積：B*T=1需要的Q值如下計算：Q=f*T=13.56MHz*3us=40.68由于元件參數(shù)的誤差，推薦的Q值是35,需要增加外接電阻來降低Q值，如圖所示。外接電阻如下計算：Rext=3*Lant/Q一Rant=3*Lant/35一RantRext