【经验】基于RFID/NFC收发器的天线匹配网络如何实现最大功率传输?

2018-03-23 MELEXIS

MLX90130/MLX90132为13.56MHz RFID/NFC收发器系列,为了实现与RF存储转发器进行良好的通信,连接感性阻抗天线时需要设计相应的外部匹配网络,从而调整收发器的驱动输出,最终实现最大功率传输。


大多数情况下,感性天线负载只是印制在PCB的方形或圆形环路,匹配网络由外部电容组成,并且确保谐振频率稳定在13.56MHz。转发器消息接收通过RX1和RX2引脚连接的两个外部电阻,匹配网络计算还需考虑它们的阻值以及接收链内部的等效阻抗。此外,在两个驱动器的输出端添加EMI滤波器,可进一步降低13.56MHz发射信号的高次谐波发射,同时不会影响匹配网络的基本结构。


图1 MLX90130/MLX90132实物图


MLX90130/MLX90132输出阻抗

MLX90130/MLX90132采用双驱动的拓扑结构,可产生两路13.56MHz的反相方波信号。当电源电压VDD=3V、VDD_TX为纯电阻时,测得每个驱动器的等效阻抗为13.5Ω,那么输出可以简化为单个电阻ROUT=27Ω,其阻值等于驱动器输出阻抗的两倍,如图2所示。


图2 MLX90130/MLX90132等效输出阻抗


感性天线阻抗

以图3的设计为例,天线为印制在PCB的一个2匝方形环路(外观尺寸为48mm×34mm)。那么,该天线的等效阻抗可以表示为:

ZLOAD:负载阻抗

RA:天线等效串联电阻

LA:天线等效串联电感

图3 天线板等效电路


阻抗匹配要求

当满足条件ZOUT=ZLOAD*时,该元件和天线负载之间实现最大功率传输,其中ZLOAD*表示ZLOAD的共轭复数。如图4所示,通常感性天线的等效阻抗不满足上述条件,因此需要匹配网络。


图4 阻抗匹配


匹配网络

匹配网络由串联电容(C2和C7)和并联电容(C4和C5)组成,通过连续阻抗变换简化天线的等效电路,从而轻松地计算出C2、C4、C5、C7的电容值。

RRX:用于RX1和RX2限压的反馈电阻

RPA:天线等效并联电阻

LPA:天线等效并联电感

CINPUT:RX1和RX2之间的集成电容为22pF


图5 天线电路(并联接收回路)


天线电路简化

C2和C7等效为串联电容C11=C2/2=C7/2,C4和C5等效为并联电容C22=(C4+C5),CINPUT和RRX可以变换为并联等效电路,简化后的电路如图6所示。



图6 天线电路简化


结合所有的并联电阻和电容获得最终等效电路,如图7所示。


图7 天线最终等效电路


RRXP:RRX等效并联电阻

REQ:RRX和RPA等效并联电阻

CINPUT-P:CINPUT等效并联电容

C11:C2和C7等效串联电容

C22:C4和C5等效串联电容


通过最终等效电路计算C11和C22组成的匹配网络,应满足条件ZOUT=ZEQ*,其中ZEQ*表示ZEQ的共轭复数,完整计算公式为:

本文由学徒超超翻译自MELEXIS,如若转载请注明出处。

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