NFC/RFID标签和阅读器天线设计实现现场最佳性能

近场通信 （NFC）技术于 2002 年作为 13.56MHz RFID 技术的一个专门子集诞生， 首次在日本商业化用于移动支付服务。现在，与信用卡/借记卡和智能手机的整合正在推动快速增长。NFC 不仅用于支付，还因为其在电子设备之间方便的双向交互，通过简单的“点击”实现，正在进入广泛的应用领域。事实上，除了支付或访问控制之外，NFC 在设备配对（如 BT、Wi-Fi 配对）、诊断读数、参数编程等方面也越来越流行。

NFC 建立在 RFID 标准主干之上，如 ISO 15693 和 ISO 14443 射频协议，由 ST 制造的 NFC/RFID 标签、动态标签和读取器集成电路 （IC） 支持。

这些 ISO 标准基于无源 RFID 技术，在 13.56 MHz 的高频 （HF） 范围内运行。

阅读器/标签系统类似于电压互感器，其中阅读器充当初级绕组，标签充当次级绕组。结果，当正常操作时，阅读器和标签相互磁性耦合。

为实现最佳通信和数据传输，标签天线和阅读器天线设计在 NFC / RFID 应用中至关重要。优化阅读器性能的另一个关键步骤是天线匹配电路的调谐。

标签和动态标签的天线设计支持：

用于 NFC 标签和动态 NFC 标签的天线设计包括设计一个非常合适的天线环，放置在标签标签的支撑材料上或之内，或应用 PC 板上。它的阻抗与器件的内部调谐电容值 （ Ctuning ） 相匹配，以创建一个在ftuning =13.56 MHz 时谐振的电路。调谐频率的基本方程为：

其中 L天线表示环形天线电感。

ST 的 AN2972 和AN2866应用说明和 天线 eDesignSuite 可帮助设计人员在其标签设计中实现最佳天线调谐。ST 提供了圆形、螺旋形和方形天线的数值示例，在线 eDesignSuite 工具提供了仿真以开发 13.56 MHz 的矩形天线。

输入与印刷电路板材料和天线尺寸相关的参数后，eDesignSuite 工具通过计算自感和估计天线的杂散电容来估计天线等效电感。

读者天线匹配和板布局支持：

对于阅读器而言，使用 NFC/RFID 技术的挑战不仅在于天线设计，还在于匹配电路的调谐，还必须考虑可能降低系统性能的环境条件。

ST 的 AN4974 应用说明可以指导设计人员在将环形天线连接到任何 ST25R391x NFC/RFID 阅读器 系列时定义最佳匹配电路。本应用笔记随附 ST25R 天线匹配工具软件 （ STSW-ST25R004 ），该软件支持匹配组件的计算并将调整迭代工作量降至最低。除了该工具，ST 还提供了一个开源模拟器，用于通过模拟进行基本系统验证。

为了加速 NFC/RFID 阅读器设计、帮助减少无用发射并保持较低的整体本底噪声， AN5043 应用笔记可以作为指导。

该说明讨论了 ST25R391x NFC/RFID 读取器设备与其他有源组件（如收据打印机或显示器）之间的干扰，以帮助避免布局阶段出现问题。

特别是，它建议注意沿迹线传播的信号以及每个信号的频谱内容。应对信号进行时域和频域分析，以跟踪返回源的无用发射，并采取适当的对策。

正确的印刷电路板布局可以最大限度地减少许多 EMI 问题，并使应用程序符合 FCC 和/或 CISPR 标准。

注释和工具以及包含的示例将帮助您实现可靠的 NFC/RFID 设计，同时还可以减少开发时间和成本。

审核编辑：郭婷