詳解NFC電路中的各個主要零部件

NFC是Near Field Communication(近場通信)的簡稱，是一種近距離無線通信。本期推文將為各位介紹用于NFC電路中的各個主要零部件 (NFC天線、磁性薄膜、LC濾波器用電感器、單端電路用巴倫、雙電層電容器(EDLC/超級電容器))。

將兩個支持NFC的設(shè)備互相靠近，可以進行數(shù)據(jù)通信、認證，這項功能近年來正在急速搭載到智能手機上。另外，在智能手表等可穿戴終端等周邊設(shè)備上的搭載也在擴大。除了多用于無現(xiàn)金結(jié)算、與周邊設(shè)備的連接認證等場合外，還期待其能為實現(xiàn)無接觸式社會提供更多的用途。

本期推文將為各位介紹用于NFC電路中的各個主要零部件 (NFC天線、磁性薄膜、LC濾波器用電感器、單端電路用巴倫、雙電層電容器(EDLC/超級電容器))。

NFC電路中使用的主要零部件

下圖1(a)展示了NFC電路中使用的電路。NFC的通信通過電磁感應(yīng)動作，所以一般使用環(huán)形天線。天線和NFC的控制器IC之間插入由天線匹配電路、電感器和電容器構(gòu)成的LC濾波器。

圖1(a)　差分模式

另一方面，如圖1(b)所示，有時也連接到單端天線上。在這種方式下，為了將單端的信號轉(zhuǎn)換成差分模式，需要使用巴倫來進行模式轉(zhuǎn)換。

圖1(b)　單端模式

關(guān)于NFC天線和磁性薄膜

NFC的通信采用電磁感應(yīng)方式，用天線接收來自讀寫器的載波后，通過IC芯片進行信息處理(圖2a)。這個天線搭載在智能手機等電子設(shè)備上時，天線附近可能有金屬。

在這種情況下，由于在金屬內(nèi)會流過感應(yīng)電流，產(chǎn)生與讀寫器產(chǎn)生的磁場相反的磁場，所以與來自載波的磁場相互抵消，通信距離變短，或不能通信(圖2b)。

另一方面，如圖2c所示，線圈和金屬之間存在磁體時，因其高導(dǎo)磁率，具有屏蔽讀寫器產(chǎn)生的磁場的效果。這樣就可以抑制金屬內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而保持良好的通信狀態(tài)。

TDK提供在天線和金屬之間粘貼的磁性薄膜，以及將磁性薄膜和天線作為一體的天線單元。

圖2　NFC天線旁邊的金屬和通信狀態(tài)

表1 NFC天線和磁性薄膜

關(guān)于NFC LC濾波器用電感

關(guān)于LC濾波器用電感器，為了減小與天線的阻抗失配造成的損失，需要窄公差。

如表2所示，對于TDK 的MLF/MLJ系列，每一個都以J公差（±5%）備齊了產(chǎn)品系列。另外，為了防止天線輸出降低，抑制通信頻率13.56MHz的電感器損失非常重要。因此，交流電阻（Rac）被抑制得很低，并且在流過電流時也要求保持低Rac。

表2　NFC LC濾波器用電感器

TDK在MLJ-W系列中實現(xiàn)了低Rac，并且在新產(chǎn)品MLJ-H系列中實現(xiàn)了施加大電流時的低Rac。如圖3所示，在大電流領(lǐng)域中，MLJ1005H的Rac 被抑制得很低。而另一方面，在低電流領(lǐng)域中MLJ1005W 的Rac較低，因此可以根據(jù)實際使用的電流值來選擇產(chǎn)品。

圖3　交流電阻vs.正弦電流 @13.56MHz

關(guān)于NFC單端電路用巴倫

巴倫（Balun）是指用于轉(zhuǎn)換平衡電路（Balance）和非平衡電路（Unbalance）的元件，可以通過改變兩個線圈的圈數(shù)比來轉(zhuǎn)換阻抗。面向NFC電路時，多按1:1的圈數(shù)比使用，減少13.56MHz頻帶的插入損失。另外，通過TDK獨有的技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品的低背、小型化。

關(guān)于智能卡用雙層電容器（EDLC/超級電容器）

利用NFC的非接觸型IC卡，最適合薄型雙電層電容器(EDLC/超級電容器)。

除了能快速儲存改寫電子紙顯示屏所需的能量，與鋰離子電池等相比，其優(yōu)點在于它是安全性很高的蓄電設(shè)備。

圖4　無電池的下一代智能卡的構(gòu)成示例

編輯：hfy