解决指南 面向NFC电路的总体解决方案

面向NFC电路的总体解决方案
NFC是Near Field Communication(近场通信)的简称,是1种近距离无线通信。
将两个支持NFC的设备互相靠近,可以进行数据通信、认证,这项功能近年来正在急速搭载到智能手机上。
另外,在智能手表等可穿戴终端等周边设备上的搭载也在扩大。
除了多用于无现金结算、与周边设备的连接认证等场合外,还期待其能为实现无接触式社会提供更多的用途。
本报导将介绍NFC电路使用的主要零部件(NFC天线、磁性薄膜、LC滤波器用电感器、单端电路用巴伦、双电层电容器(EDLC/超级电容器))。

NFC电路使用的主要零部件

图1(a) 差分模式

图1(a)

图1(a)是NFC电路中使用的电路。

NFC的通信通过电磁感应动作,所以一般使用环形天线。
天线和NFC的控制器IC之间插入由天线匹配电路、电感器和电容器构成的LC滤波器。

另一方面,如图1(b)所示,有时也连接到单端天线上。在这种方式下,为了将单端的信号转换成差分模式,需要使用巴伦来进行模式转换。

图1(b) 单端模式

图1(b)

关于NFC天线和磁性薄膜

NFC的通信采用电磁感应方式,用天线接收来自读写器的载波后,通过IC芯片进行信息处理(图2a)。
这个天线搭载在智能手机等电子设备上时,天线附近可能有金属。
在这种情况下,由于在金属内会流过感应电流,产生与读写器产生的磁场相反的磁场,所以与来自载波的磁场相互抵消,通信距离变短,或不能通信(图2b)。
另一方面,如图2c所示,线圈和金属之间存在磁体时,因其高导磁率,具有屏蔽读写器产生的磁场的效果。这样就可以抑制金属内产生感应电流,从而保持良好的通信状态。
TDK提供在天线和金属之间粘贴的磁性薄膜,以及将磁性薄膜和天线作为一体的天线单元。

表1 NFC天线和磁性薄膜
系列 NFC天线
(薄型)
NFC天线
(WPC Rx 一体型)
磁性薄膜
P# MCS series 正在开发 WR series IFL/IBF series
产品外观图
特点 通过天线设计技术和磁性薄膜成型技术实现了比以往的产品更薄、更高的特性 与电磁感应式非接触供电线圈一体化,最适合搭载到移动设备上 在13.56MHz高导磁率、低磁力损失
图2 NFC天线旁边的金属和通信状态
图2 NFC天线旁边的金属和通信状态

关于NFC LC滤波器用电感器

关于LC滤波器用电感器,为了减小与天线的阻抗失配造成的损失,需要窄公差。
如表2所示,对于TDK 的MLF/MLJ系列,每一个都以J公差(±5%)备齐了产品系列。

另外,为了防止天线输出降低,抑制通信频率13.56MHz的电感器损失非常重要。
因此,交流电阻(Rac)被抑制得很低,并且,在流过电流时也要求保持低Rac。
TDK在MLJ-W系列中实现了低Rac,并且在新产品MLJ-H系列中实现了施加大电流时的低Rac。
如图3所示,在大电流领域中,MLJ1005H的Rac 被抑制得很低。
另一方面,在低电流领域中MLJ1005W 的Rac较低,因此可以根据实际使用的电流值来选择产品。

表2 NFC LC滤波器用电感器
系列 MLF1608D
MLF1005V
MLJ1608W
MLJ1005W
MLJ1005H正在开发
类型 标准 大电流
低损失
超大电流
超低损失
尺寸 [mm] 1608 / 1005 1608 / 1005 1005
L公差 [%] +/- 5 +/- 5 +/- 5
L值 [uH] 0.10 – 0.82 (1608 size)
0.10 – 0.56 (1005 size)
0.10 – 0.56 (1608 size)
0.075 – 0.56 (1005 size)
0.056 - 0.20
电流 [mA] 70 – 200 (1608 size)
120 – 180 (1005 size)
400 – 800 (1608 size)
250 – 550 (1005 size)
480 - 950
图3 交流电阻vs.正弦电流 @13.56MHz
图3 交流电阻vs.正弦电流 @13.56MHz
图3 交流电阻vs.正弦电流 @13.56MHz

关于NFC单端电路用巴伦

巴伦(Balun)是指用于转换平衡电路(Balance)和非平衡电路(Unbalance)的元件,可以通过改变两个线圈的圈数比来转换阻抗。
面向NFC电路时,多按1:1的圈数比使用,减少13.56MHz频带的插入损失。
另外,通过TDK独有的技术,实现了产品的低背、小型化。

表3 NFC单端电路用巴伦
系列 ATB1610HD-20011-T06正在开发
产品外观图
尺寸 [mm] 1610
高 [mm] 0.65 max
UB/B [ohm] 20 : 20
额定电流 [mA] 400mA
特点 最适合NFC用 小型低背型

关于智能卡用双电层电容器(EDLC/超级电容器)

利用NFC的非接触型IC卡,最适合薄型双电层电容器(EDLC/超级电容器)
除了能快速储存改写电子纸显示屏所需的能量,与锂离子电池等相比,其优点在于它是安全性很高的蓄电设备。

图4 无电池的下一代智能卡的构成示例
图4 无电池的下一代智能卡的构成示例