13.56Mhz讀卡器天線PCB設計

文章附圖

  很多客戶在使用我們TX560\660\661等天線分體式系列產品時,會遇到如何自己設計一個PCB天線的問題。下面我們介紹一下:


  如圖 1所示,13.56Mhz讀卡器天線電路包括兩大部分,其中黃色區域是信號接收電路;下面的藍、綠、土黃色區域是信號發射電路。下面分別介紹兩部分電路。 發射電路:信號發射部分可細分為EMC濾波電路、諧振與阻抗匹配電路、線圈三部分。其中:EMC濾波電路:主要是由LC低通濾波電路組成低通濾波器,讀卡芯片經由TX1和TX2送出的天線信號主要是13.56Mhz,但是不可避免也會有高次諧波存在。所以該部分的低通濾波器主要作用就是濾除高于13.56Mhz的無用信號。這樣即有利于讀卡器與卡片之間的正常通信,也能減少天線部分對空間或者附近電路的電磁干擾。

  1.   匹配電路:匹配電路形式上圖中土黃色區域,此部分主要是調整整個天線發射部分的諧振頻率點到13.56Mhz附近,這樣可以使得線圈上的信號幅度增加有利于磁場輻射。另外匹配電路還要將發射部分電路的電阻匹配到與讀卡芯片的輸出電阻附件,典型的是50歐姆(b不同芯片不一樣)。這樣可以使得天線部分獲得最大功率有利于讀卡距離提升。

  2.   線圈:線圈可以是PCB線圈或者銅線繞制線圈。

  3.   接收電路:信號接收電路比較簡單,由四個元器件構成,圖中黃色區域Cmin電容可穩定讀卡芯片內部提供的固定參考電壓Vmin,R1則將此參考電壓引入到RX引腳,為芯片的接收信號添加固定直流電平,CRx則從發生電路引入反饋信號與Vmin疊加后送入芯片內部。通過調節R2和R1的比值可以調節Rx腳信號的幅度,使得芯片的讀卡距離最佳。

  硬件電路設計
  以圖 1中電路為例天線部分電路設計應該遵循以下原則:
  1.   電路形式要做一些改進:在電感L0左側串聯0Ω電阻,將來斷開電阻接入分析儀進行觀察調試會比較方便,否則就只能把L0翹起來調試,這是比較麻煩的。應把C0、C2都分成2只并聯的電容,便于將來調整參數。

  2. PCB設計注意:整個發射部分電路一定要注意對稱設計,從Tx1和Tx2出來的兩路信號的走線長度盡量做到一致。

  3. 兩只電感應該用0805以上的封裝,以保證有足夠的電流通過(680nH/0805),否則不利于遠距離讀卡。

  4. PCB線圈的長寬視具體情況而定,如果電路板不受模具限制可設計為與普通卡片長寬一致,如果線圈大小受限制也可減小線圈面積。一般原則是設計為與所讀的卡片大小一致最好;再說線圈的圈數問題,長寬在3x3cm以上4圈即可,過多反而不好調整參數。如果是在3x3cm以下可以將圈數增加至6圈或者更多;PCB線圈走線寬度在0.5mm~1mm之間,間距與線寬相同即可,另外線圈拐角以圓弧過渡最好。

  5.   線圈部分,不可大面積敷銅,否則會引起磁場渦流效應造成能量嚴重損耗要注意線圈作用范圍內(線圈周圍全部空間)不可有大面積的金屬元件、金屬物體、金屬鍍膜等。

  6.   整個發射電路所有器件的地必須連接到同一根地線上并且返回芯片的TVSS腳,且天線電路器件附近不可大面積覆銅,器件之間以導線連接。

  天線設計實例:



  如圖 2所示,L0、C01、C02構成兩路發射信號的EMC濾波電路,這兩部分是上下對稱的。同理后面的匹配電路以及線圈都是對稱設計,這樣可以使得整個發射電路的性能最佳。

  器件選型
   由于天線電路的性能與每個器件的參數都有關,所以選用器件時就要考慮器件的精度以及溫度系數等問題。如圖 1所示電路選型建議如下:

  1.        L0要選用封裝在0805及以上的器件,且電感額定電流要在150mA以上。

  2.        C0、C1、C2要選用精度為±5%或者更高等級,COG材質(溫度系數小)的電容。這樣才能保證批量生產時產品的性能一致性。



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