RC531读写器50欧姆匹配电路和天线设计资料

1、 1系统配置基于RC531的读写器系统配置如图所示。对于连接到读写芯片的天线，可以有2种不同的天线供选择，取决于应用需求：z50Q匹配天线或z直接匹配天线通常，两种天线的电路是类似的，都包括以下部分：z接收卡发送的数据的接收电路。z滤波和阻抗传输电路，用于滤除高次谐波和优化功率传输到读卡天线。z天线线圈的匹配电路，需要根据实际需要设计不同的天线线圈，以及选择直接或同轴电缆连接到读写芯片。图1系统配置2ISO14443A/B的射频接口ISO14443TypeA标准规定读写器到卡的信号是100%ASK,Miller编码，卡到读写器的信号使用子载波OOK调制，曼彻斯特编码，子载波频率847.5kHz

2、。ISO14443TypeB标准规定读写器到卡的信号是10%ASK，NRZ编码，卡到读写器的信号使用子载波BPSK调制，NRZ-L编码，子载波频率847.5kHz。TypeA/B的射频接口如下表：能量传输卡被动式工作频率13.56MHz通信方式半双工，读写器主动数据传输率105.9KHz数据传输双向2.1读写器到卡的数据传输读写器到卡的数据传输使用半双工的通信模式，读写器主动方式。天线的Q值将会影响数据传输，关于天线Q值的理论计算及匹配电路元件参数的计算稍后介绍。2.2卡到读写器的数据传输数据从卡传输到读写器使用负载调制的原理。由于天线调谐后天线上的电压常常几倍于电源电压，而读写器天线和卡天线

3、属于弱耦合结构，卡产生的信号也非常小，要想检测到这么小的信号，需要一个设计良好的接收电路，因此，卡发出的信号使用子载波调制的技术子载波负载调制使得信号更容易被接收到。子载波频率是847.5KHZ。子载波调制后_/、八 847.5KHZ-847.5KHZ载波调制后12.71MHZ14.41MH13.56MHZ图2卡到读写器数据的频谱3RC531匹配电路和天线设计3.1基本设计原则RC531是一个单片的读写器IC,设计的读写距离可以达到10cm，不需要外加的功率放大器。有两种不同的天线和匹配电路可以选择，依赖于具体的应用。如果电缆的长度大于30mm，则要选择50Q匹配天线，如果电缆长度小于30mm

4、，则选择直接匹配天线。直接匹配天线：能够用来构造一个紧凑的读写器系统，如安装在一个小盒子里的读写器或手持式读写器50Q匹配天线：能够很容易的解决读写器和天线之间长距离传输的问题，使用同轴电缆连接。在读写器匹配电路和天线之间用同轴电缆连接，电缆长度可以达到10米。3.2天线尺寸的估算读写器可以达到的读写距离依赖于下面几个因素：z读写器天线的尺寸；z天线的匹配电路的性能；z周围环境的影响。卡的能量由读写器提供，卡要达到一个可工作的能量依赖于读写器天线和卡的距离。能量的传输基于变压器的原理，描述变压器的一个重要的参数是耦合系数，这取决于读写器天线和卡天线的距离，以及天线的大小。天线半径R(m)图3天

5、线半径和读写距离的关系450Q匹配天线4.1EMC电住各读写器的操作频率是13.56MHz,这个频率由方波振荡器产生，包含有很多高次谐波。为了达到合格的EMC标准，高次谐波必须被滤除。除了设计多层线路板改善EMC外，还必须使用低通滤波器。如图所示，低通滤波电路由L0和CO组成。元件参数值备注LO1.OuH1O%TDKACL3225S-TCO47pF2%NPO材料R182OQ5%R22.7k5%C315pF2%NPO材料C41OOnF2%NPO材料C182pF2%NPO材料C2a69pF2%NPO材料C2bO-3OpFT11:1变压器Coilcraft1812WBT-3图450Q匹配电路4.2接

6、收电路RC531使用内部的VMID信号作为接收电路的偏置，为了消除干扰，VMID到地还要4 连接一个电容，读写器接收部分还需要在RX脚和VMID脚之间连接分压电阻，在读写天线和分压电路之间还要串联一个电容。接收电路由Rl、R2、C3、C4组成。4.3读写器50Q匹配电路为了把RC531连接到50Q同轴电缆，必须设计一个阻抗传输电路。阻抗传输电路由以下部分组成：ZEMC滤波电路；ZRC531的低阻输出到50Q的阻抗传输；zRC531的平衡输出脚TX1、TX2，要进行平衡到不平衡转换才能连接到同轴电缆。设计满足这种需求的电路需要平衡变压器或者不平衡变压器，如图所示使用的是不平衡变压器。L0和C0组

7、成EMC滤波电路，L0、C0、C1组成一个T型滤波电路，T1必须是1：1变压器，并且匹配到50Q。4.4天线50Q匹配电路设计一个天线匹配到50Q必须满足以下要求，首先确定线圈的形状和电感，其次设计一个阻抗传输电路，实现低阻的天线到50Q同轴电缆的阻抗传输。另外还需要一个13.56MHz谐振电路来在天线上产生高电压。1、天线的等效电路天线线圈能够看作如下的等效电路，天线线圈具有电感Lant，线圈还具有串联电阻Rant，线圈之间还有分布电容Canto建议使用阻抗分析仪测量天线的等效电路。这些数据能够为计算天线的品质因素（Q值）及天线调谐提供依据。RantCant典型值，Lant=3001500n

8、HCant=1040pFRant=0.31.2Ohm图5天线等效电路2、品质因素下面的计算假设天线的电感Lant和电阻Rant是已知的。要正确地调谐天线和达到最佳性能，天线的品质因素（Q值）是一个重要的参数。天线的品质因素按入下公式计算：Q=3*Lant/Rant,3=2nf天线的Q值通常在50100之间，在下面还会看到，这个值必须减少。由于TypeA的读写器到卡的信号脉冲宽度是3us。带宽B的定义如下：B=f/Q时间带宽积：B*T=1需要的Q值如下计算：Q=f*T=13.56MHz*3us=40.68由于元件参数的误差，推荐的Q值是35,需要增加外接电阻来降低Q值，如图所示。外接电阻如下计算：Rext=3*Lant/Q一Rant=3*Lant/35一RantRext