天线设计翻译最终版本.docx
- 文档编号:9855433
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:122.68KB
天线设计翻译最终版本.docx
《天线设计翻译最终版本.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《天线设计翻译最终版本.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
天线设计翻译最终版本
天线设计
一:
基本术语
1.优化工作距离
为指定应用带来最佳工作距离,而不影响智能卡功能。
2.Additionaloverlay-coatingfoil,thickness50-100um;附加覆盖层
3.Printedoverlayfoil,thickness100-150um;印刷覆盖层
4.Basicfoilwithcoil200-300um,PVC,surfaceglueless;带线圈的基层,脱胶表面
5.Module:
540umtotalthickness模块:
总厚度540um
6.集成电路IC
这是非接触卡的核心部分,芯片的输入电容和最小工作电压将决定智能卡的最大工作距离和多卡同时工作等特性。
7.IC模块
智能卡IC置于模块之内,模块使得IC易于处理,同时保护IC免受外来压力(如过度弯曲等)和紫外线的损害。
另外模块设计扩大了天线连接区域,为采用不同的天线连接方式提供了方便。
在智能卡封装工序中,模块比裸装的IC更常使用。
从电气角度看,模块给IC卡的谐振电路增加了额外的电容。
8.智能卡封装材料
由于其介电性能,封装材料也为最终IC卡的谐振电路增加了额外的电容。
二:
天线设计面临的问题点
1:
支付应用
问题点:
读卡器比智能卡小时,RF通讯就遇到了挑战。
导致卡和读卡器系统之间产生临界耦合效应,这种临界耦合效应通常会使卡和读卡器之间的RF通讯变得极不稳定。
尽管看似不合理,但这种耦合效应确实有违基本的逻辑,即:
卡离读卡器越近,耦合效应就越强。
解决措施:
(A)调整卡片天线和读卡器天线的尺寸,使得读卡器天线的尺寸比卡片天线大。
(B)改变天线的设计(例如:
感应系数、线圈材料等)以达到调整Q值或谐振频率的目的。
如果线圈的Q值降低,它传递给卡的能量耦合就比较小,将卡去谐以获得较高的谐振频率也会取得同样效果。
改变卡的天线设计可以避免因读卡系统升级而带来的高昂成本,尽管不能完全解决问题,但这种方法仍可以大幅降低耦合效应的负面影响。
2.电磁干扰(EMD)
作为一种无源设备,非接触式智能卡从读卡器产生的RF场获取全部能量。
IC在进行内部操作期间,例如进行密码计算、EEPROM编程等操作时,会对向其供应能量的RF场产生电磁干扰(EMD),这种干扰会使读卡器的接收电路侦测到“虚假的”通讯信息,从而在卡和读卡器系统之间引起通讯问题。
卡离读卡器越近,这种影响就越大。
虽然通过对卡片天线系统的微调可以部分减轻干扰(例如调整线圈的谐振电感),但是不能完全解决问题。
通过对IC时钟技术的改进,包括内置硬件EMD抑制机制,这个问题现在已经基本解决。
3.公交应用
读卡器比较陈旧,在卡和读卡器之间产生业内所称的通讯“漏洞”。
很难实现读卡器和卡之间的互通性。
4.身份识别应用
1.引言
1.1范畴
2.非接触式卡的组成
2.1SLE66CL(X)XXPE(M/S)IC系列
2.2模块
2.3卡的封装材料
2.4线圈
3.卡的模拟电路
4.天线的电性能和几何参数
4.1线圈尺寸
4.2几何参数
4.3线圈的电性能参数
4.3.1线圈的电容值
4.3.2线圈的电感值
4.3.3线圈的电阻值
4.3.4响应频率
5.SubID1FormFactor(<ID1)
6.设计案例
6.1设计流程
6.2ID1/CLASS1天线(参考设计1)
6.2.1目标期望值
6.2.2用ICCC2.0计算
6.3ID1/2天线(参考设计2)
6.3.1目标期望值
6.3.2用ICCC2.0计算
6.3.3参考设计02
6.4ID1/3天线(参考设计3)
6.4.1目标期望值
6.4.2用ICCC2.0计算
6.4.3参考设计03
7功能测试
7.1线圈特性
7.1.1线圈的阻抗特性分析
7.1.2线圈的特性(LCR表)
7.2响应频率测量
缩写
描述
AC
交流电
IC
集成电路
ICCC
英飞凌线圈设计计算器
PCD
非接触耦合设备
Tbd
Tobedefined
1.引言
1.1适用范围
这篇文章主要介绍了用集成电路(SLE66CL(X)XXXPE(M/S))设计符合ISO14443的天线。
应用新研发的线圈设计计算工具,你可以很轻松的设计天线。
这篇文章解释了天线设计的基本知识及设计工具的基本用法。
2.非接触式卡的组成
“SLE66CL(X)XXXPE(M/S)”型卡主要由四部分组成,这四部分对响应电路有很大影响。
■SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路
■模块
■卡封装材料
■嵌入线圈
2.1SLE66CL(X)XXXPE(M/S)系列集成电路
SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路是非接触式卡的核心部分。
它主要影响着卡的性能。
SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路内部的芯片的输入电容和最小工作电压将决定智能卡的最大工作距离和多卡同时工作等特性。
相对于测量卡的最小工作电压来讲,你很难准确的测量出芯片的输入电容,本文对芯片的输入电容将不再做详细介绍。
注意:
负载电阻RAB主要取决于运行模式,电容CAB的典型值为27PF±10%。
(室内温度,介于LALB间的峰值电压为4V)。
有些控制器支持高电压输入(请参考第5-1章、13页)。
2.2模块
智能卡IC置于模块之内,模块使得IC易于处理,同时保护IC免受外来压力(如过度弯曲等)和紫外线的损害。
另外模块设计扩大了天线连接区域,为采用不同的天线连接方式提供了方便。
在智能卡封装工序中,模块比裸装的IC更常使用。
注意:
从电气角度看,模块给IC卡的谐振电路增加了额外的电容。
然而,大部分模块的电容值主要由集成电路的输入电容来提供(典型值:
CMOUNT<1PF)
2.3卡的封装材料
由于封装材料的绝缘特性,将会给响应电路增加一电容值CPACK。
注意:
这一因素要在制造过程及线型设计时要考虑。
所以,在更换卡的封装材料时,一定要确认材料的性能。
另外,卡的层压工序将会降低卡的响应频率大约为400KHZ。
2.4线圈
线圈不仅为卡的集成电路提供电压,同时也能在卡集成电路和读卡器间起通讯作用。
一个好的线圈设计,会使SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路发挥出最好的性能。
而一个差的线圈设计,也将会彻底的削弱SLE66CL(X)XXXPE(M/S)卡的性能。
下面将会讨论一个适合SLE66CL(X)XXXPE(M/S)的线圈设计需具备的要素:
■应符合ISO/IEC14443/10373-6的要求。
■PayPass-ISO/IEC14443ImplemententationSpecification-V1.1andEWVContactlessCommunicationProtocolSpecificationV2.0
■在复合卡的领域
3.卡的等效电路
下面是SLE66CL(X)XXXPE(M/S)型卡的等效电路:
RCOILLa
LCOILCIC
CCOILCPACKCMOUNTRAB
Lb
封装在卡中的线圈模块+集成电路
(不包括模块)CAB=CMOUNT+CIC
卡的响应频率用下面公式计算:
fres=
4.天线的电性能和几何参数
4.1线圈的尺寸
一般来讲,天线尺寸越大,其电性能越好,对天线的位置要求越低。
?
?
?
?
?
?
例如:
?
?
?
?
?
4.2线圈的几何参数
多数情况下,一个简单的矩形线圈符合既定需求。
下图展示的是一个典型线圈的设计
Figure4-1:
线圈的几何参数(见图10/36页)
Figure4-2:
线的型号(见图11/36页)
Table4-1:
A0,B0
线圈外廓尺寸
g
间隙
Aeff,beff
有效的线圈尺寸
t
印刷层厚度
N
圈数
d
线圈用铜线的直径
W
印刷层宽度
p
线线中心距
4.3线圈的电性能参数
从电气角度来看,线圈不仅仅是一个理想的感应器,它还是一个电阻和电容器件。
这些能力是卡实现功能所必须的。
下面是线圈的等效电路图:
RcoilLA
LcoilCcoil
LB
4.3.1线圈的电容值Ccoil
线圈的电容值主要取决于每圈间的距离。
通过改变d、w、p、g均能改变线圈的电容值。
典型的线圈的电容值为:
2-5pf。
实际上,天线的响应频率可以通过改变影响线圈感应系数的一些参数来改变。
线圈的感应系数可以通过改变线圈的几何参数来改变Lcoil=f(ao、bo、t、g、w/d、p)。
另外一个改变响应频率的办法是通过增加线圈的额外容量来改变(请参照第五章中的5-1),但是一定要考虑这个额外容量的公差问题。
4.3.2线圈的感应系数,Lcoil
线圈的感应系数,Lcoil,对天线的整体性能有决定性的影响。
感应系数和电容量共同决定了电路的响应频率。
4.3.3线圈的阻抗Rcoil
线圈的阻抗耗尽了额外的电压,我们的目的是尽可能的使这些损耗减小,使其相对于芯片消耗的电压来比很微不足道。
如果线圈的阻抗Rcoil值太大,那么读卡器就不得不提供更多的电压来操作卡。
线圈的阻抗Rcoil取决于运行频率、线圈的材料、线圈的尺寸。
(Qcoil是天线的品质因数,它是一重要参数,正确调谐天线和达到最佳性能)
ω=2πfc(其中fc=13.56MHZ)
Qcoil的值应该符合以下条件:
Qcoil≥20
为确保线圈符合要求,d≥100um,t≥100um。
4.3.4响应频率
一个完整卡在不工作状态下,响应频率在理论上视下列情况而定:
■ID1:
16.5MHZ
■ID1/2:
14-14.5MHZ
■ID1/3:
14-14.5MHZ
而实际值会随着芯片的电容量的变化及线圈加工误差而改变。
5.1基于ID1
通过模拟、测量接近式卡,我们发现卡中线圈的感应系数对调制振幅和SLE66CL(X)XXXPE设备的性能有很大影响。
对于ID1卡来说,我们可以从14-14.5MHZ中选择一个可以发挥卡最好性能的响应频率。
英飞凌的产品为了达到这一响应频率,用的是电感值为4uH的线圈。
调查显示:
如果将感应降低2-2.5uH对非接触式卡的性能会有重要影响。
为了达到目标响应频率(14-14.5MHZ),必须加一个额外的电容值。
下面有几种不同的方法可以增加这一额外电容值:
■INLAY:
微小的转弯
■INLAY:
platecapacitance?
?
?
?
■INLAY:
sandwichlinecapacitance
■CHIP:
增加输入电容值。
很多SLE66CL(X)XXXPE(M/S)产品都采用增加输入电容量来增加这一额外电容值。
Blindturn:
微小的转弯仅仅适用于电容值较小的情况下。
再多的微小转弯也不会增加很大的电容值。
platecapacitance:
高电压值可以通过双层来实现,但是无法用于有线天线中中。
sandwichlinecapacitance:
高电容值可以通过延长线圈变化来实现。
英飞凌建议使用这种方法来增加电容值。
6.设计案例
6.1设计流程
实际经验告诉我们,实际数值总会和理论上得出的计算值或多或少的存在着差距。
所以,我们建议在设计时一定要按照以下流程来操作:
《线圈设计流程》
NO
YES
6.2ID1/CLASS1天线(参考设计01)
6.2.1目标清单
■有线线圈设计
■用SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路的MCC8模块
■响应频率fres=16.5MHZ
■无额外电容值
■尺寸参考“CLASS1”
6.2.2用ICCC2.0计算
1.选择线型和cross;
2.选择线圈的尺寸和计算电性能参数;
6.3ID1/2天线(参考设计02)
6.3.1目标清单
■edgedcoildesign
■用SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路的MCC8模块
■响应频率fres=14-14.5HZ
■额外电容值
■尺寸参考ID1/2
■线圈感应系数2<2.5uH
6.3.2用ICCC2.0计算
1.选择外形和cross部分
2.选择线圈的尺寸并计算出电性能参数。
6.3.3参考设计02
几何参数:
■圈数N=4
■外层线圈长度=78mm
■外层线圈宽度=23mm
■每圈间距=0.5mm
■Trackwidth=0.2mm
额外增加电容量:
■圈数N=2×4
■width=0.2mm
■线圈间距=0.5mm
电性能参数:
■电感量L=2.12uH
■电容量C=32.13pF
■Freq=14.2MHZ
6.4ID1/3天线(参考设计03)
6.4.1目标清单
■edgedcoildesign
■用SLE66CL(X)XXXPE(M/S)集成电路的MCC8模块
■响应频率fres=14-14.5HZ
■额外电容值
■尺寸参考ID1/3
■线圈感应系数2<2.5uH
6.4.2用ICCC2.0计算
1.选择形状和cross部分
2.选择几何尺寸并计算出电性能参数
6.4.3参考设计03
几何参数:
■圈数N=5
■外层线圈长度=52mm
■外层线圈宽度=23mm
■Trackwidth=0.4mm
■每圈间距:
0.2mm
额外电容值:
■圈数N=2×8
■Trackwidth=0.2mm
■每圈间距=0.2mm
电性能参数:
■电感量L=2.03uH
■电容量C=37.7pF
■Frep=14MHZ
7.功能测试
为了保证非接触卡的最佳功能,必须要做以下几项测试:
■
■
■
7.1线圈描述
通过线圈的模拟电路,线圈可以用电感量Lcoil、电阻Rcoil、电容值Ccoil。
假设线圈仅仅是一个电阻和一个电感(没有电容),在低频时,这种假设是正确的。
因为此时寄生电容的影响相对于线圈的电感来讲可以忽略不计,所以线圈真是的电感值Lcoil应该在低频下测量(≈1MHZ)。
在高频时,随着电容量的增加会提升电感率。
这一特点可以用于确定线圈的寄生电容。
寄生电容值Ccoil可以用一下公式确定(高频≈30MHZ):
fm.......Lm测量时的频率,应该小于线圈的响应频率;
Lcoil......测量线圈的电感量时应该在低频模式下。
Lm......在fm时测量的电感量。
AC电阻Rcoil应该在系统频率下测量(13.56MHZ)。
下面章节将会介绍两种用不同设备和测量方案下的测量方法。
7.1.1用阻抗分析仪描述线圈
测量方案:
1.impedanceanalyzeragilent4194A[4]
2.Testfixtureagilent16047E
7.1.2用LCR表描述线圈
7.2响应频率测量
7.2.1用LCR表测量
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 天线 设计 翻译 最终 版本