NFC用电感器的选择及使用方法要点

2020年1月24日09:26:00 评论

近年来,在手机、平板电脑等小型移动设备中搭载NFC功能的产品越来越多。NFC是近距离无线通信(Near Field Communication)的略称。这是一种利用频率13.56MHz的磁场,通过靠近专门的读/写以及搭载设备,实现简单通信的功能。

NFC用电感器有LQW18C系列(绕线型)和LQM18J系列(多层型)。LQM18J系列是适合NFC搭载设备实现电气特性的新产品。

NFC电路中电感器的使用

近距离无线通信广义上是指蓝牙、Zigbee等到达距离短的无线通信,在此是指Near Field Communication的略称NFC通信。近年来,随着智能手机、平板电脑等小型移动设备中NFC对应功能的增加,预计今后这样的需求将不断增加。

NFC天线和控制IC间的代表性电路的概略图如图1所示。LC滤波器由NFC天线和控制IC间的低带通滤波器组成。这个LC滤波器通过截断高频插入,只让NFC的工作频率13.56MHz的信号有效传播。

NFC电路设计时,需要如图1电路所示使用电感器进行阻抗匹配。上述LC滤波器对阻抗匹配有影响,所以要求电感器的电感值狭窄偏差值范围在(+/-5%以内)。

NFC用电感器的选择及使用方法要点
图1:NFC电路概略图

NFC用电感器的选择要点

NFC用电感器中有13.56MHz的大振幅电流流入。因此,和普通匹配用电感器的选择要点有所不同。在此说明NFC电路的特征和电感器选择要点。

以往的NFC控制IC以通信时输出比较小的IC为主流。但是要安装在移动设备上,NFC天线要进一步小型化,若电流振幅仍然很小的话,NFC通信功能会降低。因此,为了实现高NFC通信功能,通信时输出大的IC应用得越来越广泛。在选择NFC用电感器时,非常重要的一点是即使电流振幅很高,电感值也不发生变化。

LQW18CNR16J00(绕线型)、LQM18JNR16J00(多层型:新)和LQB18NNR22J10(多层型:旧)的电感器的电流振幅依存性如图2所示。NFC通信时,具有约100~700mApp电流振幅的交流电流流入电感器。LQB18N在400mApp时约变成2倍的电感值,而LQW18C和LQM18J实现了即使是超过1App,电感值也不会发生变化的特性。

NFC用电感器的选择及使用方法要点
图2:LQW18C、LQM18J、LQB18N相对于电流振幅的电感值的变化率比较

LQM18J不仅在通电时电感值不发生变化,而且具有良好的NFC通信性能。如图3所示,它通过了NFC论坛(制定NFC标准规格和常用规格的业界团体)的通信功能测量点(红色点检测)的通信功能测试。LQW18C和LQM18J的通信功能检测结果如图4所示。在此试验中,4.1V线是合格标准,可以说电压越高,NFC通信功能越好。LQM18J能够确保与LQW18C具有同等NFC通信功能。

NFC用电感器的选择及使用方法要点
图3:NFC论坛标准的通信功能测量系统中的测量点
NFC用电感器的选择及使用方法要点
图4:LQW18C和LQM18J的通信功能测量结果

NFC用电感器贴装时的要点

伴随着智能手机等移动设备的高机能化,电子元件的贴装密度不断上升。因为LQW18C是开磁路构造,所以磁通量会向元件周围泄漏,高密度贴装时,磁通量会干扰电感器,特性有可能发生变化。因此有必要以T字形安装电感器,从而互相之间不受电磁干扰(图5)。

NFC用电感器的选择及使用方法要点
图5:电感器贴装时的要点

新研发的LQM18J是电磁屏蔽构造,电磁不会泄漏在元件周围。因此,高密度贴装时可进行并列贴装,能够减少贴装空间(图5)。

当电感器间距离为200um时,LQW18C并列贴装、T字贴装,LQM18J并列贴装时的耦合系数的差异如图6所示。当两个LQW18C并列贴装时,它们之间强烈耦合;当两个LQW18C以T字型贴装或者两个LQM18J并列贴装时,它们之间不耦合。

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图6:并列和T字贴装时的电感器间的耦合

结语

NFC电路中电感器的作用是阻抗匹配,电感值的狭窄偏差规格、大振幅电流通电时的电感值的稳定性非常重要,在高密度贴装时要求具有与外部电磁耦合特性匹配。多层型电感器LQM18J系列是具备这些条件的小型电感器,是能够推荐用于NFC的电感器。

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