TOP1 基于NFC技術(shù)控制的電子錢包電路設(shè)計(jì)

　　NFC具有雙向連接和識(shí)別的特點(diǎn)，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離接近10厘米。NFC技術(shù)在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡。PN544符合歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）制定的最新NFC規(guī)范，能夠?yàn)?a target="_blank">手機(jī)制造商和電信營(yíng)運(yùn)商提供完全兼容的平臺(tái)，用以推出下一代NFC設(shè)備和服務(wù)：PN544完全兼容現(xiàn)已發(fā)布的所有通過單線協(xié)議（SWP） 連接SIM卡和主機(jī)控制器接口（HCI）的NFC規(guī)范。

　　NFC射頻電路是由EMC濾波電路、匹配電路、接收電路、天線等四部分組成。由于該系統(tǒng)是以13.56MHz的操作頻率為基礎(chǔ)。該頻率由石英晶振產(chǎn)生。與此同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高階諧波。為了符合內(nèi)部電磁兼容性規(guī)則，13.56MHz的三次、五次及五次以上的高階諧波必須適當(dāng)?shù)囊种埂Ｋ栽揈MC電路配置為一LC低通濾波器，用來濾除高次諧波。

　　天線匹配電路設(shè)計(jì)

　　由于天線線圈本身是一個(gè)低阻抗的設(shè)備，為了能夠把NFC IC 送出的能量以最大化的傳遞給天線 ，所以在天線與NFC IC間須加一匹配電路。消除因不匹配而造成的信號(hào)反射形成的能量損失。接收電路由R127，C118，R128，C119組成，芯片內(nèi)部產(chǎn)生的Vmid電位作為RX管腳的輸入電位，為減少擾動(dòng)，需用電容將Vmid接地。Vmid的偏置電壓可以增加Rx腳的電壓驅(qū)動(dòng)。圖2 所示的為NFC 射頻接收電路。

　　圖2 NFC射頻部分電路

　　本文的NXP實(shí)用的NFC電子錢包解決方案，以13.56MHz的操作頻率為基礎(chǔ)，以手機(jī)為交易平臺(tái) ，由NXP PN544 NFC控制器 （PN65O內(nèi)置了安全模塊）和安全模塊兩大部分實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付及數(shù)據(jù)交換功能，為電子支付提供便捷、安全、超凡體驗(yàn)。

　　基于NFC通用讀卡器電路設(shè)計(jì)

　　在當(dāng)前的許多RFID應(yīng)用中，設(shè)備制造商不一定能決定客戶采用什么收發(fā)器，特別是收發(fā)器芯片。因此，為了最大程度地提高自己在某個(gè)特定項(xiàng)目中中標(biāo)的機(jī)會(huì)，設(shè)備制造商必須提供這樣的讀卡器，要么它能支持市場(chǎng)上盡可能多的收發(fā)器芯片，要么它本身至少是比較容易定制的。了要求其能支持一系列協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和收發(fā)器外，客戶對(duì)讀卡器可能還有其它功能性方面的要求，如高性能、防沖突、遠(yuǎn)/近感應(yīng)距離、移動(dòng)性及功耗。但在單個(gè)讀卡器中很難同時(shí)滿足如此之多的要求。為了滿足所有這些要求，制造商可能需要提供一系列可滿足不同要求的讀卡器。

　　EM4094是一個(gè)集成的收發(fā)器芯片，它可用于構(gòu)建RFID讀卡器的模擬前端模塊。該芯片的數(shù)據(jù)傳輸及接收鏈路允許傳送和解碼任何通信協(xié)議，因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收發(fā)器芯片、ISO15693、ISO14443 A&B、以及Sony Felica協(xié)議。通過適當(dāng)設(shè)定，EM4094甚至還可以與NFC設(shè)備通訊。本文將通過一系列的步驟說明一個(gè)硬件工程師應(yīng)該怎樣集成和利用EM4094 RFID讀卡器電路。

　　圖1：典型的應(yīng)用電路配置。

　　天線驅(qū)動(dòng)器輸出電路設(shè)計(jì)

　　ANT1 和ANT2為天線驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)輸出端，它們可同相或反相驅(qū)動(dòng)，這使得有可能用不同的方式連接讀卡器天線，以及依據(jù)所選擇結(jié)構(gòu)的不同產(chǎn)生四個(gè)不同功率等級(jí)的天線。EM4094還可與一個(gè)遠(yuǎn)端天線一起使用，此時(shí)EM4094的輸出阻抗（見圖3）必須與通信線路阻抗相匹配。

　　圖3：阻抗匹配電路。

　　若采用同軸電纜，那么在只使用一個(gè)天線驅(qū)動(dòng)器的情況下，EM4094的輸出阻抗將必須在10歐姆（ANT1可選）和50歐姆之間進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)兩個(gè)天線并聯(lián)使用時(shí)，EM4094的輸出阻抗將必須在5歐姆（ANT1可遷）到50歐姆之間進(jìn)行調(diào)整。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)良好的阻抗匹配，開發(fā)人員可借助Smith圖表選擇使用一個(gè)LC PI網(wǎng)絡(luò)和選擇合適的元件參數(shù)值。

　　如果讀卡器天線能夠與EM4094集成在同一塊PCB板上，那么你可使用直接天線相連方法（見圖2）。在這種情況下，天線和串聯(lián)電容形成LC串聯(lián)回路。這一回路的諧振頻率為讀卡器的頻率。串聯(lián)電阻用于抑制品質(zhì)因數(shù)并將天線的電流設(shè)定在 EM4094的額定值以下。當(dāng)天線工作在其諧振頻率時(shí)，直接連接天線可獲得較高的功率。有關(guān)IC天線的不同連接方式可參見EM4094應(yīng)用指南。

　　圖2：直接天線連接。

　　收發(fā)器信號(hào)接收

　　RFIN1 和RFIN2是該IC接收鏈上的兩個(gè)輸入引腳，它們被EM4094用來解調(diào)收發(fā)器送過來的數(shù)據(jù)流，其引腳 上的電壓必須設(shè)定在GND和VDD之間，這兩個(gè)解調(diào)輸入必須具有相同的性能和呈現(xiàn)出相同的靈敏度。配合一個(gè)外部匹配阻抗電路，這兩個(gè)輸入端可用于解調(diào)輸入的相位或幅度調(diào)制信號(hào)。未使用的輸入腳應(yīng)當(dāng)通過一個(gè)10nF的電容接至模擬地。輸入引腳的高靈敏度使得讀卡器即便在電子標(biāo)簽的最小電源級(jí)別上仍能有較遠(yuǎn)的讀取距離。